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Die Erfindung betrifft das Gebiet
der Signalübertragungen,
insbesondere in dem Superhochfrequenz (SHF)-Bereich ("Super High Frequencies"), auch mit "Zentimeterwellenbereich" bezeichnet. Die Erfindung
betrifft insbesondere einen Oscillator mit einem dielektrischen
Resonator für
die Umsetzung von Audiosignalen in den SHF-Frequenzbereich. Die Erfindung betrifft
außerdem
eine Vorrichtung zur Sprachsteuerung.
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Die SHF-Oscillatoren mit einem dielektrischen
Resonator ("Dielectric
Resonator Oscillator" oder
DRO) werden allgemein in Geräten
zur Übertragung
von SHF-Signalen benutzt, die Oscillatoren mit hoher Leistungsfähigkeit,
kleiner Abmessung und geringen Kosten ermöglichen. Sie werden insbesondere
als örtlicher
Oscillator oder sogenannter Überlagerungsoscillator
für die
Frequenzumsetzung in Konvertern mit geringem Rauschen (low-noise
converters) für
den Satellitenempfang benutzt.
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1 zeigt
schematisch einen Oscillator 1 mit einem dielektrischen
Resonator mit einer Abstimmschraube gemäß dem Stand der Technik. Dieser
enthält
eine elektromagnetische Kammer 2, die durch ihre Wände 3 begrenzt
ist, und einen dielektrischen Resonator 4, der mit einem
ersten Mikrostreifenleiter 5 verbunden ist. Eine in 2 dargestellte Schaltung 7,
die einen anderen Resonator gemäß dem Stand
der Technik zeigt, dessen übriger
Teil im folgenden beschrieben wird, ist gemeinsam für die beiden
Resonatoren und erfüllt
dieselben Funktionen. Folglich erfolgt die Beschreibung dieser Hauptkomponenten
der Schaltung 7 anhand der 2.
Im allgemeinen dienen zur Vereinfachung der Beschreibung dieselben
Bezugszeichen zur Bezeichnung von Elementen, die in der vorliegenden
Anmeldung identische Funktionen ausüben. Die Kopplungsleitung 5 ist
einerseits mit einer aktiven Schaltung 7 und andererseits
mit einer Impedanz-Anpassungslast 6 verbunden. Die aktive
Schaltung 7 enthält
ein aktives Element 8 vom Typ eines bipolaren Transistors oder eines
FET, ein destabilisierendes Element 9 des aktiven Teils,
zum Beispiel eine LC-Schaltung und ein Ausgangs-Impedanzanpassungselement 10 vom Typ
eines Mikrostreifenleiters. Es ist bekannt, dass die zu dem Resonator äquivalente
RLC-Schaltung die Quelle von gedämpften
Schwingungen ist, wobei die Dämpfung
dieser Schwingungen auf den Widerstandsanteil der RLC-Schaltung
zurückzuführen ist. Diese
aktive Schaltung mit einem negativen Widerstand hat dann die Funktion
zur Lieferung von Energie zur Aufrechterhaltung der Schwingungen,
so dass das an dem Ausgang 12 des Oscillators gelieferte
Signal ein ungedämpftes
Schwingungssignal ist. Es ist außerdem dem Fachmann auf diesem
Gebiet bekannt, dass die Anordnung aus dem Resonator, der über die
Mikrostreifenleitung mit der aktiven Schaltung verbunden ist, Schwingungsbedingungen haben
muß, die
für die
beabsichtigte Schwingungsfrequenz geeignet sind. In dem Oscillator
von 1 greift eine Schraube 13 gegenüber dem
dielektrischen Resonator 4 in die Wand der Kammer 2 ein. Das
Maß des
Eindringens in einer Richtung senkrecht zu der gegenüberliegenden
Oberfläche
des Resonators erzeugt eine Störung
in der Verteilung der elektromagnetischen Felder in der Kammer und demzufolge
eine Änderung
der Resonanzfrequenz der äquivalenten
Resonanzschaltung. Daher bewirkt eine Änderung des Abstands d zwischen
dem Endteil der in die Kammer eingreifenden Schraube und der oberen
Fläche
des Resonators eine Änderung
der Frequenz des durch den Oscillator erzeugten Signals. Jedoch
ermöglicht
dieser Typ des Oscillators mit der manuellen Einstellung des Abstands
d keine feinen Änderungen
um eine Mittenfrequenz mit genauer Anpassung und ohne Verzerrung.
Er ist daher für
die Übertragung
von Audiosignalen nicht geeignet.
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Um die oben genannten Probleme bei
den mechanischen Einstellungen zu lösen, sind auch als elektronische
Oscillatoren bezeichnete Oscillatoren bekannt, wie in 2 dargestellt, die einen
Oscillator mit einem dielektrischen Resonator mit einem Varactor
oder einer sogenannten Kapazitätsdiode 11 zeigt. Ein
Varactor 11, der mit einer zweiten Mikrostreifenleitung 17 verbunden
ist, die mit dem dielektrischen Resonator verbunden ist, empfängt ein
Steuersignal Sc mit veränderbarer
Spannung, die ein zu übertragendes
Audiosignal anzeigt. Die Resonator/Varactor-Anordnung benimmt sich
wie eine Resonanzschaltung, die die Schwingungsfrequenz des Oscillators
einstellt. Auf diese Weise modifiziert die Änderung der durch das Signal
Sc gelieferten Spannung die Schwingfrequenz der Oscillatorschaltung 7.
Jedoch hat die Anwendung eines Varactors oder einer Kapazitätsdiode
die Wirkung einer Verschlechterung des Phasenrauschens des Oscillators
und demzufolge einer Verschlechterung der Qualität des am Ausgang des Oscillators
erzeugten Signals.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 58 054706 A beschreibt
einen Oscillator mit einem dielektrischen Resonator, dadurch abgewandelt,
dass er eine bewegliche Membran in einer der Wände der Kammer enthält. Die
Membran wird durch die Wirkung des Drucks der akustischen Wellen
verschoben, und diese Verschiebung ändert die Verteilung der elektromagnetischen
Felder in der Kammer.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, die Probleme des Standes der Technik durch Bildung eines
Oscillators mit einem dielektrischen Resonator für die Umsetzung von Audiosignalen
zu lösen.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung
einen Oscillator mit einem dielektrischen Resonator mit einem dielektrischen
Resonator in einer Resonanzkammer zur Erzeugung eines bei einer
vorbestimmten Mittenfrequenz schwingenden Signals, wobei die Abmessungen
des Resonators und die Grenzbedingungen in der Kammer für die Bestimmung
der Resonanzfrequenz des Resonators geeignet sind, auf akustische
Druckwellen ansprechende Mittel zur Änderung der Verteilung der
elektromagnetischen Felder in der Kammer in Abhängigkeit von den akustischen
Druckwellen. Die auf die akustischen Wellen ansprechende Mittel
enthalten eine Membran, die durch die Wirkung der akustischen Wellen
bewegbar ist, wobei die Membran eine Metallspule in der Kammer umfaßt.
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Auf diese Weise ändern sich die auf die akustischen
Druckwellen ansprechenden Mittel direkt im Rhythmus des akustischen
Drucks, der auf einen der Eingänge
der ansprechenden Mittel ausgeübt
wird. Die Erfindung ermöglicht
auf diese Weise die Erzeugung eines Signals, das direkt durch das Audiosignal
an diesem Eingang moduliert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform
enthalten die auf die akustischen Druckwellen ansprechenden Mittel
akustische Umsetzmittel zur Umsetzung der akustischen Druckwellen
in eine Verschiebung wenigstens eines Teils der bewegbaren Mittel
gegenüber dem
Resonator, wobei die Verschiebung wenigstens eines Teils der bewegbaren
Mittel durch die Wirkung der akustischen Druckwellen in der Lage
ist, die Verteilung der elektromagnetischen Felder in der Kammer
zu ändern.
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Gemäß einer Ausführungsform
erfolgt die Verschiebung der bewegbaren Mittel in der Form von Vibrationen.
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Gemäß einer Ausführungsform
enthält
der Oscillator Einstellmittel zur Einstellung der Mittenfrequenz
des Resonators.
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Gemäß einer Ausführungsform
enthalten die Einstellmittel eine Einstellschraube, die in die Kammer
eingreifen kann, um in dieser die Verteilung der elektromagnetischen
Felder zu ändern.
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Gemäß einer Ausführungsform
enthält
der Oscillator Schaltmittel zur Umschaltung der Modulation der akustischen
Wellen des durch den Resonator erzeugten Signals in eine Modulation
durch über
einen Kanal übertragene
Daten.
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Gemäß einer Ausführungsform
ist ein aktiver Zweipol durch Kopplungsmittel mit dem Resonator verbunden,
um die Schwingungen aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine
Sprachsteuereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Oscillator
gemäß der Erfindung
enthält.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der folgenden
Ausführungsbeispiele
anhand nicht einschränkender
Ausführungsformen
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung:
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Die bereits beschriebenen 1 und 2 zeigen zwei Oscillatoren mit einem
dielektrischen Resonator gemäß dem Stand
der Technik,
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3 zeigt
einen Oscillator mit einem dielektrischen Resonator gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung,
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4 zeigt
eine Kurve, die die Änderung
der Frequenz darstellt, der das Signal am Ausgang des Oscillators
von 3 unterliegt, in
Abhängigkeit
von dem Abstand d,
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5 zeigt
eine Fernbedieneinheit gemäß der Erfindung.
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3 zeigt
einen Oscillator 14 gemäß der Erfindung.
Er enthält
eine Resonanzkammer 2, in derem Inneren sich ein Resonator 4 befindet,
der elektromagnetisch mit einem Mikrostreifenleiter 5 gekoppelt
ist. Der Leiter 5 verbindet eine Last 15 mit einer aktiven
Schaltung 7. Die aktive Schaltung enthält an ihrem mit dem Leiter 5 verbundenen
Eingang einen FET-Transistor, dessen Source mit einer mit Erde verbundenen
Schaltung, zum Beispiel vom LC-Typ, verbunden ist. Die Rolle dieser
Schaltung besteht darin, die Transistorstufe instabil zu machen,
und das Drain des Transistors ist zur Anpassung der Ausgangsimpedanz
des Oscillators mit einem Netzwerk 10 verbunden.
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Die Kammer enthält eine Öffnung 16, in die der
Körper
oder das Gehäuse
eines Mikrophons 17 eingreift. Der obere Teil 171 des
Mikrophons 17 ist in die freie Umgebung gerichtet und kann
akustische Druckwellen aufnehmen, insbesondere Befehle in Sprachform
von einem Benutzer, während
der untere Teil 172 des Mikrophons selbst dem oberen Teil
des Resonators gegenüberliegt.
Die Basis des oberen Teils 171, der die Sprache des Benutzers
empfängt, verengt
sich nach unten zu einer Membran 18 mit einer Metallspule 19.
Diese Spule ist in der Lage, sich durch die Wirkung der Vibration
der die akustischen Wellen empfangenen Membran in Richtung senkrecht
zu dem Resonator zu bewegen.
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Auf diese Weise ermöglicht die
mechanische Vibration der Membran mit ihrer Spule, dass der durch
den Benutzer ausgeübte
akustische Druck gemessen und seine Sprache umgesetzt wird. Die
mechanische Modulation dieser Membran mit ihrer Spule ändert die
Eigenschaften der Kammer. Das hat eine Modulation der Augenblicksfrequenz
des HF-Signals zur Folge, das durch den Resonator (zum Beispiel
5,8 GHz) synchron mit dem zu übertragenden Sprachsignal
gebildet wird. Ein Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Einfachheit
des in der vorliegenden Ausführungsform
benutzten Mikrophons, das keinen Magneten aufweist.
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Für
weitere Informationen wird verwiesen auf Kapitel II für die Anwendung
von dielektrischen Resonatoren, Seite 30 und folgende des Artikels "Composants, dispositifs
et circuits actifs en micro-ondes" von P. F. Combes, J. Graffeuil et J.
F. Sautereau, Edition Dunod Universite, sowie der Artikel "Current techniques
for tuning dielectric resonators" von
B. S. Virdee, erschienen in der Zeitschrift "Microwave journal", Oktober 1998.
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Wie in 4 dargestellt,
bewirkt, wenn der Resonator auf eine Mittenfrequenz FO zentriert
ist, eine Änderung
des Abstands d gleich δd1
eine Änderung
der Frequenz δF0
von ungefähr
5%, was für
die Leistungsfähigkeiten
des Oscillators unbedeutend ist. Diese geringe Änderung δF0 kann als linear oder nahezu
linear in Abhängigkeit
von der Verschiebung δd1
der Spule in der Kammer angesehen werden, was eine direkte Modulation
des durch den Resonator erzeugten Signals durch das Audiosignal
ohne dessen Verzerrung bewirkt.
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Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung
ist in 3 eine mechanische
Abstimmschraube 180 gestrichelt, die von der Außenseite
der Kammer 2 eingestellt werden kann und deren in die Kammer
eingreifender Teil 181 seitlich gegenüber dem Resonator liegt und
so positioniert ist, dass sie im Bedarfsfall die Mittenfrequenz
des Oscillators einstellen kann, in 3 gestrichelt
dargestellt. Außerdem
ist gemäß einem
zusätzlichen
Merkmal in 3 in gestrichelten
Linien eine Verbindung 20 dargestellt, die über einen Widerstand 21 den
Mikrostreifenleiter 5 mit einem Mikroprocessor 22 verbindet, der
ein signifikantes digitales Signal für die Wahl einer Bedieneinheit 24 eines
Bedienfeldes 23 durch den Benutzer erzeugt. Gemäß dieser
letzten Ausführungsform
wird das durch den Resonator erzeugte Signal entweder durch die
Verschiebung der Spule 19 durch die an der Membran empfangenen
akustischen Wellen oder durch die durch den Mikroprocessor in Form
von Impulsen übertragenen
Daten moduliert. Diese Möglichkeit
der Wahl des Modulationssignals wird ermöglicht durch die Anwendung
eines in 3 nicht gezeigten
Schalters, der die Übertragung der
Sprache oder der Daten ermöglicht.
Eine Anwendung dieses Modus ist in 5 dargestellt.
Diese zeigt eine Fernbedieneinheit zur Bedienung eines steuerbaren
Gerätes,
insbesondere eines Heimgeräts
(Fernsehempfänger,
Videorecorder, Camcorder, Platten- oder digitaler Kassettenrecorder,
usw.).
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Die in 5 dargestellte
Fernbedieneinheit 25 enthält in bekannter Weise eine
Tastatur 26 mit Tasten 24, einschließlich einer
Standby-Taste 27, einer Taste 28 zur Vergrößerung oder
Verringerung der Lautstärke,
eines digitalen Tastenfelds 29, ins besondere für die Kanalwahl,
und eines Hochfrequenz (HF)-Senders 30. Die Fernbedieneinheit
enthält
außerdem
ein Mikrophon 17 und einen Schalter 31 zur Wahl
des Kommunikationsmodus, den der Benutzer durchzuführen wünscht, nämlich ein
Sprachmodus entsprechend einer Taste "Sprache", in der das durch den Resonator erzeugte
Signal durch die Sprache moduliert wird, und ein Wahlmodus durch
Berührungen
entsprechend einer "Berührungs-Taste", in dem das durch
den Resonator erzeugte Signal durch das durch den Mikroprocessor
erzeugte Signal moduliert wird, das von den betätigten Tasten abhängig ist.
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Natürlich ist die Erfindung nicht
auf die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Es gibt verschiedene Arten von Sprachsteuerungen. In einer nicht-einschränkenden
Weise wird zunächst
die Kanalabstimmung erwähnt.
In diesem Fall gibt der Benutzer den Namen für den Kanal oder die entsprechende
Kanalnummer ein.
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Die Sprachsteuerung kann auch dazu
dienen, Vorgänge
zu vereinfachen, die aufeinanderfolgende Betätigungen erfordern, wenn sie
durch das Berührungstastenfeld
gesteuert werden. Zum Beispiel ist es für die Einstellung der Helligkeit
durch ein Fernbedientastenfeld notwendig, zunächst auf ein auf dem Bildschirm
des Empfängers
wiedergegebenes Menü zuzugreifen
und als nächstes
durch einen oder mehrere Betätigungen
aus diesem Menü der Helligkeitsbefehl
zu wählen.
Mit der Sprachsteuerung ist es nicht erforderlich, aufeinanderfolgende
Vorgänge
durchzuführen.
Es reicht zum Beispiel aus, das Wort "Helligkeit" einzugeben. In diesem Fall kann die Helligkeit
entweder durch eine Sprachsteuerung oder durch Anwendung konventioneller
Tasten für
die Erhöhung
oder Verringerung ("Plus" und "Minus") auf der Fernbedieneinheit
erhöht
oder verringert werden.
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Natürlich ist die Anwendung nicht
auf sprachbetätigte
Fernsteuerungen beschränkt
und kann für Sprachsteuerungen
anderer Typen (zum Beispiel über
Draht) oder auch ein Mikrophon erwogen werden.