DE3733967C2 - - Google Patents

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DE3733967C2
DE3733967C2 DE19873733967 DE3733967A DE3733967C2 DE 3733967 C2 DE3733967 C2 DE 3733967C2 DE 19873733967 DE19873733967 DE 19873733967 DE 3733967 A DE3733967 A DE 3733967A DE 3733967 C2 DE3733967 C2 DE 3733967C2
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Joachim Dipl.-Ing. 6107 Reinheim De Wietzke
Wolfgang Dr.-Ing. 6101 Gross-Bieberau De Hilberg
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schmalbandempfänger für den Empfang der Signale von Zeitzeichensendern wie z. B. des DCF-77 Senders nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist in der DE 35 40 380 A1 beschrieben.The present invention relates to a narrowband receiver for receiving the signals from Time signal transmitters such as B. the DCF-77 transmitter according to the preamble of claim 1. An example for such a circuit is in the DE 35 40 380 A1 described.

Bei diesen bekannten Überlagerungsempfängerschaltungen sind eine oder mehrere Mischstufen angeordnet, um das Eingangssignal auf einer entsprechenden Zwischenfrequenz rückkopplungsfrei verstärken und filtern zu können. Anschließend wird dann z. B. durch Gleichrichtung demoduliert.In these known heterodyne receiver circuits one or more mixing stages are arranged, to the input signal on a corresponding Amplify the intermediate frequency without feedback and to be able to filter. Then then e.g. B. demodulated by rectification.

Der allgemeine Stand der Technik ist z. B. auch in der Dissertation von R. Bermbach "Neue Funkuhrkonzepte durch enge Verflechtung von Empfänger und Mikrocomputer", Darmstädter Dissertation 1985, Seiten 29 bis 50 dargestellt. Dort werden übliche Geradeaus- und Überlagerungsempfänger sowie die üblichen Selektionsprinzipien (Spulenfilter, RC- Filter, mechanische Filter, digitale Filter) beschrieben. Andere Schaltungsbeispiele finden sich in der DE-OS 27 30 153 und der DE 28 00 253 C2. In der ersten dieser Schriften wird dargestellt, siehe dort Fig. 1, wie das empfangene Signal mit zwei Mischern in zwei Zwischenfrequenzsignale aufgeteilt und nach einer Phasenverschiebung und Filterung addiert wird. In der zweiten der genannten Schriften wird ein Überlagerungsempfänger beschrieben, der mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Antennenstäben arbeitet. The general state of the art is e.g. B. also presented in the PhD thesis by R. Bermbach "New radio clock concepts through close integration of receiver and microcomputer", Darmstadt dissertation 1985, pages 29 to 50. Common straight-line and superimposed receivers as well as the usual selection principles (coil filters, RC filters, mechanical filters, digital filters) are described there. Other circuit examples can be found in DE-OS 27 30 153 and DE 28 00 253 C2. In the first of these documents it is shown, see FIG. 1 there, how the received signal is divided into two intermediate frequency signals with two mixers and added after a phase shift and filtering. In the second of the cited documents, an overlay receiver is described which works with two antenna rods offset by 90 ° from one another.

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das der Synchrondemodulation. Dieses mischt das Eingangssignal mit einer Mischfrequenz, die exakt der Trägerfrequenz des zu demodulierenden Signals entspricht. Diese Methode hat gegenüber der ersten den Vorteil, daß mit sehr einfachen Filtern hohe Filterwirkung erzielt werden kann und bereits durch das Mischen demoduliert wird. Zudem kann die Überlagerung des Nutzsignals durch Spiegelfrequenzen mit Hilfe einfachster Filter ausgeschlossen werden. Von Nachteil ist allerdings der Aufwand (PLL), der zur Erzeugung der exakt verkoppelten Mischfrequenz erforderlich ist. Insbesondere die Absenkungen in dem Trägersignal erschweren den Aufbau einer stabilen PLL-Schaltung.Another known method is that of Synchronous demodulation. This mixes the input signal with a mixing frequency that is exactly the Carrier frequency of the signal to be demodulated corresponds. This method has over the first the advantage that with very simple filters high filter effect can be achieved and is already demodulated by mixing. In addition can the superimposition of the useful signal by mirror frequencies excluded with the help of the simplest filter will. However, the disadvantage is Effort (PLL) to generate the exactly coupled Mixing frequency is required. In particular make the reductions in the carrier signal more difficult the construction of a stable PLL circuit.

Mit all diesen verschiedenen bekannten Grundschaltungen der Empfängertechnik sind Funkuhrempfänger realisiert worden. Das Ziel der kleinen, zuverlässigen und vor allen Dingen sehr billigen Funkuhr ist mit keinem der bisher verwendeten Prinzipien erreicht worden.With all these different known basic circuits the receiver technology are radio clock receivers been realized. The goal of small, reliable and above all very cheap radio clock is with none of the principles used so far been achieved.

Gegenüber den geschilderten Verfahren können durch die erfindungsgemäße Verwendung des aus dem Buch von Lüke, H. D. "Signalverarbeitung" 3. Auflage, Seiten 187-192 bekannten Quadraturüberlagerungsverfahrens die Vorteile des Herabmischens auf niedrigste Frequenzen beibehalten werden, ohne daß ein besonderer Aufwand für die Mischtakterzeugung erforderlich wäre. Durch verschiedene Wahl der Mischfrequenzen können die verschiedenen verfügbaren Zeitzeichensender selektiert werden, womit ein universeller Zeitzeichenempfänger realisierbar ist. Compared to the described methods can by the inventive use of the from the book von Lüke, H. D. "Signalverarbeitung" 3rd edition, Pages 187-192 known quadrature overlay method the benefits of mixing down lowest frequencies are maintained without a special effort for the mixed cycle generation would be required. By different choice of Mixing frequencies can be the various available Time signal transmitters are selected, with what universal time signal receiver possible is.  

Grundlegendes Prinzip der Quadraturüberlagerung ist die Mischung des Eingangssignals mit zwei Mischfrequenzsignalen, die dieselbe Frequenz, aber eine Phasenverschiebung von 90° zueinander besitzen.Basic principle of quadrature overlay is the mix of the input signal with two Mixed frequency signals that are the same frequency, but a phase shift of 90 ° to each other have.

Dieses Verfahren wird in der Literatur der Übertragungstechnik, beispielsweise im Buch von Lüke, H. D. "Signalverarbeitung", 3. Auflage, Seiten 186- 187 als ein komfortables, aber schwierig zu realisierenden Verfahren beschrieben, so daß die weniger komplizierten Geradeaus- und die Überlagerungsempfänger vorgezogen werden.This procedure is described in the literature on transmission technology, for example in the book by Lüke, H. D. "Signalverarbeitung", 3rd edition, pages 186- 187 as a comfortable but difficult too implementing methods described so that the less complicated straight-ahead and the overlay receiver be brought forward.

Der Aufwand für die rein analoge Quadraturüberlagerung einerseits entsteht aus den hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Multiplizierer, eine Quadraturüberlagerung in digitaler Darstellung würde andererseits unrealistisch hohe Verarbeitungsraten in den Signalauswertungsschaltungen erfordern.The effort for the purely analog quadrature overlay on the one hand arises from the high demands the accuracy of the multipliers, a quadrature overlay in digital representation would, on the other hand, be unrealistically high Processing rates in the signal evaluation circuits require.

Daher wurde die Quadraturüberlagerung bisher auch noch nicht in den Zeitzeichenempfängern eingesetzt, bei denen man sich keinen großen apparativen Aufwand leisten kann.Therefore, the quadrature overlay has so far been used not yet used in the time signal receivers, where you don't have a large apparatus Can make effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, leistungsfähigere und zugleich billigere Empfangsschaltungen zu entwerfen, als sie bisher bekanntgeworden sind. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß als Einrichtung zum Mischen und zur Filterung eine Quadraturüberlagerungsschaltung verwendet ist. Dadurch, daß zunächst überhaupt das Prinzip der Quadraturüberlagerung in Funkuhren eingeführt wird, wodurch die Qualität bzw. Leistungsfähigkeit sichergestellt ist, und daß zudem Abtastmischer eingeführt werden, läßt sich der Empfänger kompakt und billig realisieren. Das heißt, mit der erfindungsgemäßen Verwendung der Quadraturüberlagerung in einem Schmalbandempfänger und insbesondere mit Hilfe von Abtastmischern gelangt man zu einem Empfänger, der gerade für sehr schmale Empfangsbänder sehr einfach zu realisieren ist und trotzdem alle Vorteile des bekannten analogen Verfahrens aufweist.
The invention has for its object to design more powerful and at the same time cheaper receiving circuits than they have been known so far. This object is achieved in that a quadrature superimposition circuit is used as the device for mixing and filtering. The fact that the principle of quadrature overlay is first introduced in radio clocks, which ensures the quality or performance, and that scanning mixers are also introduced, the receiver can be realized in a compact and inexpensive manner. This means that with the use of quadrature superimposition in a narrowband receiver according to the invention and in particular with the aid of scanning mixers, a receiver is obtained which is very easy to implement, especially for very narrow reception bands, and nevertheless has all the advantages of the known analog method.

Im folgenden wird nun zunächst beschrieben, wie durch das Prinzip der Quadraturüberlagerung AM- modulierte, trägerfrequente Signale herabgemischt und zugleich demoduliert werden. Die der Berechnung zugrunde liegende Schaltungsanordnung entspricht dabei den Angaben im Anspruch 2. Die Beschreibung erfolgt im Zeitbereich, in dem sich die Berechnung einfach gestalten läßt. Anschließend wird die Berechnung der Quadraturabtastung vorgestellt, die in der Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 6 entspricht.In the following it is first described how through the principle of quadrature overlay AM- modulated, carrier-frequency signals mixed down and be demodulated at the same time. The calculation underlying circuitry corresponds the information in claim 2. The description takes place in the time range in which makes the calculation easy. Subsequently does the calculation of the quadrature scan presented in the order after corresponds to claims 3 to 6.

Die Quadraturüberlagerung im ZeitbereichThe quadrature overlay in the time domain

Im folgenden wird die Quadraturüberlagerung gleich in der Anwendung auf das Zeichensignal betrachtet. Wenn das Nutzsignal y(t) auf einen Sinusträger der Frequenz f₀ aufmoduliert wird, ergibt sich die Funktion h(t), siehe Bild 1In the following the quadrature overlay is considered in the application to the character signal. If the useful signal y (t) is modulated onto a sine carrier of frequency f ₀, the function h (t) results , see Figure 1

h(t) = y(t) · cos(2π ft) (1) h (t) = y (t) cos (2 π ft) (1)

Dieses trägerfrequente Signal h(t) wird nun nicht in bekannter Weise mit einer einzigen Frequenz gemischt, sondern es wird zum einen mit einem Signal sin(2π f m t) und zum anderen mit einem dazu um 90° phasenverschobenen Signal cos(2π f m t) multipliziert. Die Frequenz f m kann dabei beliebig gewählt werden. Die entstehenden Signale seien x(t) und x(t) genannt. Zunächst wird x(t) berechnetThis carrier-frequency signal h (t) is now not mixed in a known manner with a single frequency, but it is combined on the one hand with a signal sin (2 π f m t) and on the other hand with a signal cos (2 π f m t) multiplied. The frequency f m can be chosen arbitrarily. The resulting signals are called x(t) and x(t) . First, x(t) is calculated

x(t) = h(t) · sin(2π f m t)
    = y(t) · cos(2π ft) · sin(2π f m t)
    = y(t) · (sin(2π (f m - f)t) + sin(2π (f m + f)t)/2 (2)
x(t) = h (t) sin (2 π f m t)
= y (t) cos (2 π ft) sin (2 π f m t)
= y (t) · (sin (2 π (f m - f) t) + sin (2 π (f m + f) t) / 2 (2)

Der Summand der Frequenz f m + f₀ kann durch eine Filterung mit einfachsten Filtern eliminiert werden, besonders dann, wenn entsprechend dem Anspruch 2 die Mischfrequenz f m in der Größen­ ordnung von f₀ gewählt wurde. Diese besondere Wahl der Mischfrequenz ermöglicht es zudem, die beim Herabmischen auftretenden Spiegelfrequenzen so nahe an die Nutzsignalfrequenz zu legen, daß sie unschädlich werden. Das gefilterte Restsignal sei x 1r (t) genannt. Die Durchlaßverstärkung der Filterfunktion sei hier, wie auch im folgenden, der Einfachheit halber stets so gewählt, daß sich eventuelle Vorfaktoren des gefilterten Signals zu Eins kürzen lassen:The summand of the frequency f m + f ₀ can be eliminated by filtering with the simplest filters, particularly if the mixed frequency f m in the order of magnitude of f ₀ has been selected in accordance with claim 2. This particular choice of the mixing frequency also makes it possible to place the image frequencies occurring during the mixing down so close to the useful signal frequency that they become harmless. The filtered residual signal is called x 1 r (t) . For the sake of simplicity, the forward gain of the filter function should always be chosen so that any pre-factors of the filtered signal can be shortened to one:

x 1r (t) = y(t) · sin(2π (f m - f(t) (3) x 1 r (t) = y (t) sin (2 π (f m - f(t) (3)

Die gleiche Berechnung für x(t) ergibt:The same calculation for x(t) gives:

x(t) = h(t) · cos(2π f m t)
    = y(t) · cos(2π ft) · cos(2π f m t)
    = y(t) · (cos(2π (f m - f)t) + cos(2π (f m + f)t))/2 (4)
x(t) = h (t) cos (2 π f m t)
= y (t) cos (2 π ft) cos (2 π f m t)
= y (t) · (cos (2 π (f m - f) t) + cos (2 π (f m + f) t)) / 2 (4)

Auch hier kann der Summand der Frequenz f m + f₀ durch eine einfache Filterung eliminiert werden. Das Restsignal sei x 2r (t) genannt:Here too, the summand of the frequency f m + f ₀ can be eliminated by simple filtering. The residual signal is called x 2 r (t) :

x 2r (t) = y(t) · cos(2π (f m - f)t) (5) x 2 r (t) = y (t) cos (2 π (f m - f) t) (5)

Werden die beiden Signale x 1r (t) und x 2r (t) aus den Gleichungen (3) und (5) quadriert und dann summiert, so addieren sich die Terme, die die Differenzfrequenzen enthalten, zum Wert Eins:If the two signals x 1 r (t) and x 2 r (t) from equations (3) and (5) are squared and then summed, the terms that contain the difference frequencies add up to the value one:

x 1r ²(t) + x 2r ²(t) = y²(t) · [sin²(2π (f m - f)t) + cos²(2π (f m - f)t)] = y²(t) (6) x 1 r ² (t) + x 2 r ² (t) = y ² (t) · [sin² (2 π (f m - f) t) + cos² (2 π (f m - f) t) ] = y ² (t) (6)

Zieht man die Wurzel aus diesem Ausdruck, so ergibt sich das gewünschte Nutzsignal y(t) If one takes the root of this expression, the desired useful signal y (t) results

Im folgenden wird mit Quadraturüberlagerung immer die Überlagerung des trägerfrequenten Nutzsignals mit den orthogonalen Signalen, die anschließende Quadrierung und die Summation beider Komponenten bezeichnet. Auf das nachfolgende Radizieren des resultierenden Signals kann verzichtet werden, da sich bei binären Zeitzeichen auch aus der quadrierten Summe das Zeitzeichensignal auswerten läßt.The following is always the overlay with quadrature overlay of the carrier frequency useful signal with the orthogonal Signals, the subsequent squaring and the summation referred to both components. The following It is not necessary to square the resulting signal, because with binary time signs also from the squared Sum evaluates the time signal.

Die Multiplikation mit den phasenverschobenen Mischsignalen läßt sich als komplexe Multiplikation im Zeitbereich interpretieren, wobei die Kosinuskomponente den Realteil und die Sinuskomponente den Imaginärteil des sich ergebenden Misch­ signals darstellt. Die Summation der quadrierten Komponenten und die anschließende Radizierung entspricht dann der Betrags­ bildung. Wird aus den komplexen Komponenten auch die Phase errechnet, lassen sich sogar mögliche Spiegelfrequenz­ signale vom Nutzsignal unterscheiden.The multiplication with the phase-shifted mixed signals can be interpreted as complex multiplication in the time domain, where the cosine component is the real part and the Sinus component the imaginary part of the resulting mix represents signals. The summation of the squared components and the subsequent etching then corresponds to the amount education. If the complex components become the Calculated phase, even possible image frequency can be Distinguish signals from the useful signal.

Die oben beschriebenen Berechnungsschritte sind in dem elektrischen Blockschaltbild des Empfängers in Bild 2, das dem Anspruch 1 entspricht, noch einmal veranschaulicht.The calculation steps described above are in the electrical Block diagram of the receiver in Figure 2, which the Claim 1 corresponds, illustrated again.

Nach dem Empfang durch die Antenne und nach einer Vorver­ stärkung wird das Signal zugleich zwei Mischstufen (Multi­ plizierstufen) zugeführt, die mit zueinander phasen­ verschobenen Signalen derselben Frequenz betrieben werden. Die jeweiligen Ausgangssignale werden gefiltert, quadriert und addiert. After reception by the antenna and after a preliminary strengthening the signal becomes two mixing stages (Multi plication stages) supplied, which phase with each other shifted signals are operated at the same frequency. The respective output signals are filtered, squared and added.  

Das Quadrieren und die Summation können dabei, wie im Bild 3 dargestellt, bereits von einem Prozessor ausgeführt werden.The squaring and summation can be done as shown in Figure 3 shown, are already executed by a processor.

1.3. Die Quadraturabtastung1.3. The quadrature scan

In dem Blockschaltbild in Bild 2 sind zwei Mischstufen, die die Quadraturkomponenten erzeugen, als Multiplizierer mit einem jeweils nachfolgeden Bandpaß dargestellt. Daß sich die Qudraturüberlagerung, die zwei analoge Muliplikationsstufen erforderlich macht, auch durch die Quadraturabtastung ersetzen läßt, soll jetzt dargelegt werden. Im Blockschaltbild Bild 4, das den Anspruch 3 verdeutlicht, werden dafür zwei Abtaster mit zueinander phasenverschobenen Abtasttakten vorgesehen. Ebenso wie die zuvor beschriebenen Mischstufen werden auch die Abtaster dabei mit einer Abtastfrequenz in der Größenordnung der Trägerfrequenz betrieben. Als Abtaster können dabei z. B. sogenannte SC-Filter Verwendung finden, mit denen zugleich abgetastet und effizient gefiltert werden kann (DE-PS 34 26 779).In the block diagram in Figure 2 there are two mixing stages that generate the quadrature components as multipliers with a subsequent band pass. That yourself the quadrature overlay, the two analog multiplication levels required, also by quadrature scanning to be replaced should now be explained. in the Block diagram Figure 4, which clarifies claim 3, For this, two scanners with phase-shifted to each other Sampling clocks provided. Just like the ones described earlier The samplers also become mixing stages with a sampling frequency operated in the order of the carrier frequency. As a scanner z. B. so-called SC filter Find use with which are scanned and efficient at the same time can be filtered (DE-PS 34 26 779).

Die notwendige Orthogonalität zwischen den Abtastsignalen wird durch eine Phasen- bzw. Zeitverschiebung von T d = t/4 erzeugt, wobei T die Periodendauer der Abtastfrequenz angibt.The necessary orthogonality between the scanning signals is generated by a phase or time shift of T d = t / 4, T indicating the period of the scanning frequency.

Begonnen wird nun wieder mit der Zeitfunktion h(t) aus Gleichung (1). Sie wird mit einer Folge von Impulsen mit zunächst noch beliebiger Phasenlage T d abgetastet. Die Abtastfolge sei wie üblich benanntWe now start again with the time function h (t) from equation (1). It is scanned with a sequence of pulses with an arbitrary phase position T d . The scanning sequence is named as usual

wobei δ (t) der Dirac′sche Nadelimpuls ist. Dann lautet das Ergebnis x(t) der abgetasteten Funktion h(t) wie folgt where δ (t) is the Dirac needle pulse. Then the result x (t) of the sampled function h (t) is as follows

Um nun die Fouriertransformate X(f) zu finden, werden zunächst einzeln die Transformierten zu den Faktoren h(t) und s(t - T d ) bestimmt. Sie seien jeweils mit den entsprechenden Großbuchstaben H(f) und S(f) benannt. Für H(f) sind nach Gleichung 1 zwei Faktoren zu betrachten, deren Transformierte bekanntlich im Frequenzbereich gefaltet werden müssen. Da die Transformation einer Sinusschwingung der Frequenz f₀ zwei Spektrallinien bei den Frequenzen ± f₀ ergibt, erhält man für das zu h(t) gehörende Spektrum H(f) durch FaltungTo find the Fourier transforms X (f) , the transforms are first individually determined for the factors h (t) and s (t - T d ). They are each named with the corresponding capital letters H (f) and S (f) . According to equation 1, two factors are to be considered for H (f) , the transforms of which, as is known, must be folded in the frequency domain. Since the transformation of a sinusoidal oscillation of the frequency f Spektr results in two spectral lines at the frequencies ± f ₀, the spectrum H (f) belonging to h (t ) is obtained by convolution

Dies ist gerade das bekannte Spektrum eines AM-modulierten Signals. Die Transformierte zur Abtastfunktion s(t - T d ) in G1. 8 lautet.This is precisely the known spectrum of an AM-modulated signal. The transform to the sampling function s (t - T d ) in G1. 8 is.

Mit Gleichung (9), (10) und (11) ergibt sich demnach als Fouriertransformierte von x(t) die Faltung der Terme H(f) und S(f): With equations (9), (10) and (11) the Fourier transform of x (t ) results in the convolution of the terms H (f) and S (f):

Wird die Summe vorgezogen und die Faltung ausgeführt, folgt mit der Abtastfrequenz f abt = 1/T:If the sum is brought forward and the convolution is carried out, the sampling frequency f abt = 1 / T follows:

Damit ist das Spektrum des abgetasteten Signals ermittelt. Mit einem Bandpaß der Resonanzfrequenz f₀-f abt werden nun störende Mischprodukte ausgeliefert, so daß gerade nur die Anteile für n=1 und n=-1 das Filter passieren können. Es bleibt der RestanteilThe spectrum of the sampled signal is thus determined. Interfering mixed products are now delivered with a bandpass of the resonance frequency f ₀- f abt , so that only the components for n = 1 and n = -1 can pass through the filter. The remaining part remains

In den Zeitbereich transformiert ergibt sich dann:Transformed into the time domain:

Für die Sinusabtastung wählt man nun T d = -T/4 = -1/4f abt . Dann erhält man die Zeitfunktion x 1r (t) Now choose T d = - T / 4 = -1/4 f abt for the sine scan. Then you get the time function x 1 r (t)

x 1r (t) = y(t) · cos(2π(ft-f abt t)-π/2)
     = y(t) · sin(2π(ft-f abt t)) (16)
x 1 r (t) = y (t) cos (2 π ( ft - f abt t ) - π / 2)
= y (t) sin (2 π ( ft - f abt t)) (16)

Für die Kosinusabtastung wird T d zu 0 gewählt:For the cosine scan, T d is chosen to be 0:

x 2r (t) = y(t) · cos(2π(ft-f abt t)) (17) x 2 r (t) = y (t) cos (2 π ( ft - f abt t)) (17)

Werden die beiden Komponenten einzeln quadriert, addiert und wird schließlich aus der Summe die Quadratwurzel gezogen, so ergibt sich wie oben:If the two components are squared individually, added and the square root is finally drawn from the sum, so results as above:

Das Originalsignal wird also auch hier vom Träger befreit wiederhergestellt.The original signal is therefore also released from the carrier here restored.

Die empfangenen Störsignale, deren Frequenz ein Vielfaches der Trägerfrequenz f₀ betragen, müssen für die Quadraturabtastung durch eine einfache Vorfilterung gedämpft werden.The received interference signals, the frequency of which is a multiple of the carrier frequency f ₀, must be damped for the quadrature scanning by a simple pre-filtering.

Bei den vorliegenden Trägerfrequenzen der verschiedenen Zeitzeichensender, die man z. B. aus der Dissertation von R. Bermbach "Neue Funkuhrkonzepte durch enge Verflechtung von Empfänger und Mikrocomputer" (Darmstädter Dissertation 1985, Seiten 3-7) entnehmen kann, wiederspricht dies aber nicht der Forderung nach Universalität.At the available carrier frequencies of the different Time signal transmitter, which one z. B. from R. Bermbach's dissertation "New radio clock concepts through the close integration of the recipient and Microcomputer "(Darmstadt dissertation 1985, Pages 3-7), this contradicts but not the demand for universality.

Die Quadraturabtastung kann auch von einem schnellen Mikroprozessor oder einem Signalprozessor mit Hilfe zweier A/D-Wandler der erforderlichen Datenbreite direkt vorgenommen werden. Dies wurde auch in dem Aufsatz von R. Bermbach und J. Wietzke "Einsatz digitaler Signalprozessoren in Zeitzeichenempfängern", erschienen in dem Buch Funkuhrtechnik, Oldenbourg Verlag 1988, Seiten 127-140 beschrieben. Im Bild 5 werden dafür entsprechend dem Anspruch 4 zwei mit phasenverschobenen Abtasttakten beschriebene A/D-Wandler eingesetzt.Quadrature scanning can also be done from a fast Microprocessor or a signal processor with Using two A / D converters with the required data width be made directly. This was also in the essay by R. Bermbach and J. Wietzke "Einsatz digital signal processors in time signal receivers ", appeared in the book Funkuhrtechnik, Oldenbourg Verlag 1988, pages 127-140. For this purpose, in picture 5 Claim 4 two with phase-shifted sampling clocks described A / D converter used.

Die abgetasteten Signale können dann rein digital weiterverarbeitet werden, wobei die Verarbeitungsschritte der Anordnung des Blockschaltbildes im Bild 4 entsprechen. Natürlich kann auch nur ein A/D-Wandler mit Abtaster Verwendung finden, der dann im Zeitmultiplex-Betrieb die beiden Quadraturkomponenten digitalisiert (Anspruch 5, Bild 6). The sampled signals can then be further processed purely digitally the processing steps of Arrangement of the block diagram in Figure 4 correspond. Of course, only an A / D converter with a scanner can be used find the two in time division Digitized quadrature components (claim 5, Figure 6).  

Mit den geschilderten Anordnungen lassen sich also verschiedene erfreuliche Eigenschaften erreichen:
Bei den Verfahren der Quadraturüberlagerung und der Quadraturabtastung kann mit einer beliebigen Frequenz herabgemischt und zugleich demoduliert werden. Es werden nur Stabilitätsanforderungen an die Kurzzeitstabilität zur Einhaltung der Quadraturphase gestellt, die Langzeitstabilität ist für die Demodulierung weitgehend ohne Bedeutung.
With the described arrangements, various pleasant properties can be achieved:
With the methods of quadrature superimposition and quadrature scanning, mixing can take place at any frequency and, at the same time, demodulation. There are only stability requirements for the short-term stability to maintain the quadrature phase, the long-term stability is largely irrelevant for demodulation.

Spiegelfrequenzen, die ebenfalls die Filter passieren könnten, werden dadurch unschädlich gemacht, daß die Mischfrequenz in die Nähe der zu demodulierenden Trägerfrequenz gelegt wird. Im Gegensatz zur bekannten Synchrondemodulation ist hier weder eine Phasen- noch eine Frequenzverkoppelung des Mischsignals mit dem Trägersignal erforderlich.Specular frequencies that could also pass through the filters are made harmless by the fact that the mixed frequency close to the carrier frequency to be demodulated is placed. In contrast to the known synchronous demodulation here is neither a phase nor a frequency coupling of the mixed signal with the carrier signal required.

Wird die Mischfrequenz so gewählt, daß das aus der Überlagerung entstehende Nutzsignal eine sehr niedrige resultierende Trägerfrequenz hat (f₀-f m -<0), so genügen schon einfachste RC-Glieder zur Ausfilterung unerwünschter Signalfrequenzen. Dabei kann durch das Herabmischen des Nutzsignals ein großer Gütegewinn für die Filter erzielt werden. Dies ist im einzelnen im Aufsatz von J. Wietzke "Funkuhr mit Stabantenne" im Buch Funkuhrtechnik, Oldenbourg Verlag München 1988, Seiten 163-178 beschrieben. (Alle die genannten Aufsätze im Buch Funkuhrtechnik wurden gleichzeitig mit der Patentanmeldung verfertigt, aber erst zu einem späteren Zeitpunkt als dem der Patenteinreichung veröffentlicht.)If the mixed frequency is chosen so that the useful signal resulting from the superimposition has a very low resulting carrier frequency (f ₀- f m - <0), the simplest RC elements are sufficient to filter out undesired signal frequencies. A large gain in quality for the filters can be achieved by mixing down the useful signal. This is described in detail in the article by J. Wietzke "Funkuhr mit Stabantenne" in the book Funkuhrtechnik, Oldenbourg Verlag München 1988, pages 163-178. (All of the above-mentioned articles in the book Funkuhrtechnik were produced at the same time as the patent application, but were only published at a later point in time than when the patent was filed.)

Jeweils eine Abtaststufe und ein Filter können durch ein kompaktes SC-Filter ersetzt werden, wodurch ein weitgehend gleiches Verhalten beider Quadraturkanäle erreicht wird. One sampling stage and one filter can be used be replaced by a compact SC filter, whereby a largely identical behavior of both Quadrature channels is reached.  

Die gesamte Quadraturüberlagerung läßt sich im digitalen Bereich z. B. mit Hilfe eines Signalprozessors realisieren. Dann sind nur noch eine schwache Vorfilterung und eine Amplitudenanpassung als analoge Schaltungskomponenten erforderlich.The entire quadrature overlay can be digital Area z. B. with the help of a signal processor realize. Then there are only one weak pre-filtering and amplitude adjustment required as analog circuit components.

Zusammengefaßt kann man feststellen:
Mit der Quadraturabtastung gewinnt man ein geeignetes Verfahren, um eine kompakte und gleichzeitig flexible analoge Empfangsvorstufe für einen weitgehend digital ausgeführten universellen Empfänger zu ermöglichen. Der analoge Schaltungsaufwand beschränkt sich selbst bei Benutzung einfacher Prozessoren im wesentlichen auf drei Operationsverstärker und zwei SC-Filter. Damit ist es möglich, Empfänger in der Größe einer Streichholzschachtel zu realisieren.
In summary one can determine:
With quadrature scanning, a suitable method is obtained in order to enable a compact and, at the same time, flexible analog reception preamplifier for a largely digital universal receiver. The analog circuitry is limited to three operational amplifiers and two SC filters, even when using simple processors. This makes it possible to implement receivers the size of a matchbox.

Grundsätzlich kann man mit der Quadraturabtastung sogar ein Empfänger verwirklicht werden, dessen Analogteil nur noch aus einer Antenne und einer Amplitudenanpassung besteht. Zu den verschiedenen Blockschaltbildern wurden entsprechende Prototypen realisiert.Basically, you can even use the quadrature scan Receiver can be realized, the analog part only consists of an antenna and an amplitude adjustment. Corresponding to the different block diagrams Prototypes realized.

Claims (7)

1. Schmalbandempfänger für den Empfang der Signale von Zeitzeichensendern enthaltend eine Antenne, Vorverstärker, Einrichtungen zum Mischen, zur Filterung, zur Verstärkung und zur Signalverarbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtungen zum Mischen und zur Filterung eine Quadraturüberlagerungsschaltung verwendet ist.1. Narrow band receiver for receiving the signals from time signal transmitters containing an antenna, preamplifier, devices for mixing, filtering, amplification and signal processing, characterized in that a quadrature superimposition circuit is used as devices for mixing and filtering. 2. Schmalbandempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensignal nach einer Vorverstärkung in einem Vorverstärker (V) zugleich zwei Mischeinrichtungen (X) zugeführt ist, in denen es mit sinusförmigen Oszillatorsignalen mit gleicher Frequenz, aber einer um 90° verschiedene Phase gemischt ist, daß die entstehenden Zwischenfrequenzsignale einzeln in Bandfiltern (BP) gefiltert und verstärkt sind, daß die Ausgangssignale der Bandfilter in Quadrierern (X) quadriert und in einem Addierer addiert sind, wodurch das demodulierte quadrierte Nutzsignal entsteht.2. Narrow band receiver according to claim 1, characterized in that the antenna signal after preamplification in a preamplifier (V) is simultaneously fed to two mixing devices (X) in which it is mixed with sinusoidal oscillator signals with the same frequency but a phase different by 90 ° that the resulting intermediate frequency signals are individually filtered and amplified in band filters (BP) , that the output signals of the band filters are squared in squarers (X) and added in an adder, which results in the demodulated squared useful signal. 3. Schmalbandempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillator-Mischfrequenz gleich der Trägerfrequenz ist oder in der Nähe der Trägerfrequenz liegt. 3. Narrow band receiver according to claim 2, characterized characterized in that the oscillator mixing frequency is equal to or close to the carrier frequency the carrier frequency is.   4. Schmalbandempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Mischeinrichtungen Abtaster verwendet sind und daß die Abtastfrequenz etwa der Trägerfrequenz des Antennensignals entspricht, wobei die Abtasttakte der beiden Abtastmischer eine Zeitverschiebung von einer Viertelperiode zueinander aufweisen.4. Narrow band receiver according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the two Mixing devices scanners are used and that the sampling frequency is about the carrier frequency corresponds to the antenna signal, the sampling clocks of the two sampling mixers a time shift of a quarter period to each other exhibit. 5. Schmalbandempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Abtastmischer die Abtaster zweier A/D-Wandler verwendet sind und daß die nachfolgenden Filter- und Rechenoperationen in digitaler Darstellung von einem Prozessor vorgenommen sind.5. Narrow band receiver according to claim 4, characterized in that for the two sampling mixers the scanners of two A / D converters are used and that the subsequent filtering and arithmetic operations in digital representation of a processor are made. 6. Schmalbandempfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastmischer anstatt der Abtaster zweier A/D-Wandler nur ein einziger A/D- Wandler mit Abtaster im Multiplexbetrieb verwendet ist.6. Narrow band receiver according to claim 5, characterized in that as a sampling mixer instead of the Scanning two A / D converters, only one A / D Transducer with scanner used in multiplex mode is. 7. Schmalbandempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Mischern bzw. Abtastmischern wahlweise verschiedene, auf die unterschiedlichen Zeitzeichensender abgestimmte Misch- bzw. Abtastfrequenzen zugeführt sind.7. Narrow band receiver according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mixers or sampling mixers optionally different, on the different time signal transmitters tuned Mixing or sampling frequencies supplied are.
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