DE672862C - Verfahren zur Demodulation phasen- oder frequenzmodulierter Schwingungen - Google Patents

Description

Es sind verschiedene Verfahren zur Demodulation von phasen- und frequenzmodulierten Wellen bekannt. Eines von diesen Verfahren besteht darin, die unmodulierte Trägerfrequenz auszusieben und derart mit der phasenmodulierten Frequenz zu kombinieren, daß man eine Resultierende erhält, welche entsprechend der Modulationsfrequenzen amplitudenmoduliert ist und gleichgerichtet werden kann.

Anstatt die Trägerfrequenz auszusieben, hat man die Trägerfrequenz auch schon in einem örtlichen Oszillator erzeugt.

Nach der Erfindung wird zur Demodulation phasen- oder frequenzmodulierter Schwingungen von der Empfangsschwingung eine in der Frequenz vervielfachte Schwingung abgeleitet und diese mit der Empfangsschwingung durch Anwendung des Über- lagerungsprinzips auf eine der beiden Schwingungen bezüglich der Frequenz in Übereinstimmung gebracht, so daß die beiden so erhaltenen Schwingungen zwecks Umwandlung in eine amplitudenmodulierte Schwingung überlagert und dann demoduliert werden können.

Der Vorteil, den dieses Empfangsverfahren gegenüber allen anderen Phasenmodulationsempfängern besitzt, ist der, daß durch die hier verwendete Frequenzvervielfachung eine Vergrößerung des Modulationsgrades und damit der Empfindlichkeit erreicht werden kann. Dieses Verfahren ist z. B. wertvoll für Empfänger, die zum Aufsuchen von störender Phasen- oder Frequenzmodulation verwendet werden, da eine geringe Störmodulation auf einen höheren Wert vervielfacht werden kann, um die Prüfung oder Analyse zu erleichtern. Ferner kann bei Nachrichtenübertragung durch Phasenmodulation der Modulationsgrad am Sender gering gehalten und dann am Empfänger auf den gewünschten Grad vervielfacht werden. Dieses ist von besonderem Wert bei Sendern, bei denen neben der Phasenmodulation eine Amplitudenmodulation vorhanden ist. Da bei Verwendung des Empfangsverfahrens gemäß der Erfindung die Größe der Phasenmodulation am Sender gering gehalten werden kann, wird die unerwünschte am Sender mitentstehende Amplitudenmodulation gering, der Wirkungsgrad des Senders wird daher günstiger sein. Abb. ι und 2 zeigen schaltbildmäßig zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Abb. 3 bis S sind Vektordiagramme.

In Abb. ι führt die Antenne 1 dem Hochfrequenzverstärker und ersten Detektor 2 phasen- oder frequenzmodulierte Hochfrequenzenergie ZU₁ die durch Überlagerung mit dem Oszillator 3 auf eine Zwischen-

frequenz gebracht und dem Zwischenfrequenzverstärker 4 zugeführt wird. Die Ausgangswechselspannung fr dieses Verstärkers wird der Primärwicklung eines Transformators 9 zugeführt, dessen Sekundärwicklung mit den Steuergittern der Gegentaktgleichrichter 11 und 12 verbunden ist, und ferner einer zweiten Mischstufe 5 zugeführt, die von einem Oszillator 6 gespeist wird und die Frequenz der von 4 übernommenen Schwingungen herabsetzt. Der Ausgang der Stufe 5 führt zu einem Oberwellengenerator 7. Hier wird die phasenmodulierte Schwingung verringerter Frequenz wieder frequenzvervielfacht und der Primärwicklung eines Transformators 10 zugeführt, dessen Sekundärwicklung an einem zusätzlichen Elektrodenpaar in den Detektoren 11 und 12 liegt. Diese Detektoren können beispielsweise Penthoden sein. Die ao Ausgangsspannung des Transformators 10 wird also gleichphasig einem Gitterpaar und die Ausgangsspannung des Transformators 9 gegenphasig einem anderen Gitterpaar der Penthoden zugeführt.

Die erhaltene Niederfrequenz ruft an den Widerständen 13 und 14 einen Spannungs-· abfall hervor und wird von dort den Verstärkern 15 und 16 zugeführt; an diesen Widerständen kann ferner eine Gleichspan-So nung abgegriffen werden, die in weiter unten näher erläuterter Weise durch Beeinflussung des Überlagerers 3 die Zwischenfrequenz konstant hält.

15 und 16 sind Verstärkerröhren, deren Gitter die Niederfrequenz über die Kondensatoren 22 und 23 zugeführt wird. In den Anodenkreisen dieser Röhren liegt ein Transformator 18 mit zwei Primärwicklungen, die normalerweise die Anodenkreise von 15 und 16 in Gegentaktschaltung schließen; die eine dieser Wicklungen ist jedoch mit einem Umkehrschalter 17 verbunden, der so eingestellt werden kann, daß die Anodenkreise der beiden genannten Röhren parallel liegen. Nach dieser Umschaltung ist es möglich, das als Ausführungsbeispiel für die Erfindung beschriebene Gerät auch zum Empfang amplitudenmodulierter Schwingungen zu verwenden. An den Ausgang" des Transformators 18 ist das Wiedergabegerät 19, z.B. ein Lautsprecher, angeschlossen.

In Abb. 2 sind die Einheiten 1 bis 7 im Prinzip dieselben wie in Abb. 1, jedoch ist hier die Primärwicklung des Transformators 9 durch ein Bandfilter 8 mit dem Ausgang der zweiten Mischstufe 5 anstatt wie in Abb. ι mit dem Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 4 gekoppelt. Der Oberwellengenerator 7 liefert _ seine verstärkte 6u Energie der Primärwicklung des Transformators 10 der Gegentaktdetektoren 11 und 12, die hier als Trioden ausgebildet sind. Die Ausgangsenergie des Filters 8 wird gegenphasig und die der Einheit 7 gleichphasig den Steuergittern dieser Detektoren zugeführt. Es ist demnach die effektive Spannung an den Steuergittern die algebraische Summe der ihnen gleichphasig und gegenphasig zugeführten Spannungen. Beim Ausführungsbeispiel der Abb. 2 ist, wie weiter unten aus- geführt, vom Oszillator 6 eine Frequenz zu liefern, die zwei Seitenbänder ergibt, von denen das eine hinsichtlich der Frequenz ein Mehrfaches des andern ist. Die Gegentaktdetektorschaltungen der Abb. 1 und 2 können gegeneinander ausgetauscht werden. Die Differenzspannungen, die an den Anoden ir und 12 auftreten, können in derselben Weise wie in Abb. 1 dem frequenzsteuernden Element des Oszillators 3 zugeführt werden.

Die Arbeitsweise des Empfängers beruht auf der Erscheinung, daß eine Frequenzvervielfachung einer phasenmodulierten Welle gleichzeitig die Phasenverschiebung, d. h. den Modulationsgrad vergrößert. Es kann demnach die durch den Vektor £ in Abb. 3 dargestellte Spannung E zwischen den Grenzen α und b vor der Frequenzvervielfachung phasenmoduliert sein und nach der Frequenzverdopplung zwischen den Grenzen a' und b' schwingen, wie in Abb. 4 dargestellt. Daher vervielfacht die Frequenzvervielfachung die Phasenabweichung um die Größe der Frequenzmodulation, d. h. wenn die Frequenz verdoppelt wird, wird die Abweichung verdoppelt, wenn sie verdreifacht wird, wird die Abweichung verdreifacht.

Zum Zwecke, den Phasenunterschied nutzbar zu machen, der zwischen einer frequenzvervielfachten phasenmodulierten Welle und 1°° einer unvervielfachten phasenmodulierten Welle besteht, wird die unvervielfachte Welle mit der vervielfachten kombiniert, die durch Überlagerung auf die Frequenz der unvervielfachten Welle zurückgeführt ist. Wenn also die Zwischenfrequenz 100 kHz beträgt, würde die Vervielfachung eine Frequenz von 200, 300, 400 usw. kHz erzeugen. Eine Phasenabweichung würde in demselben Maße wie die Welle vervielfacht werden. Diese no Welle wird dann durch eine weitere Mischstufe, die mit einem Oszillator zusammenarbeitet, durch Überlagerung auf die ursprüngliche Zwischenfrequenz von 100 kHz zurückgeführt. Der Synchronismus zwischen der vervielfachten und der unvervielfachten Frequenz wird dadurch aufrechterhalten, daß man den Hochfrequenzoszillator automatisch steuert und die Oszillatqrfrequenz so korrigiert, daß man ohne Rücksicht auf Frequenzänderungen der empfangenen Wellen eine konstante Zwischenfrequenz erhält.

Bei der Schaltung gemäß Abb. ι wird die Zwischenfrequenz durch Überlagerung auf eine Frequenz gebracht, die kleiner ist als die Zwischenfrequenz, und dann wieder auf eine Frequenz vervielfacht, die gleich der ursprünglichen Zwischenfrequenz ist. So würde, wenn die Zwischenfrequenz fi ist, die Stufe 5 in Verbindung mit dem Oszillator 6 von einer Frequenz fi + fh die Hochfrequenz

ίο durch Überlagerung auf eine Frequenz fh bringen. Der Oberwellengenerator 7 vervielfacht die Frequenz fh auf eine Frequenz N · fh = fi. Es werde z. B. angenommen, daß die Zwischenfrequenz fi = 300 kHz sei und daß der Oberwellengenerator als Frequenzverdoppler arbeitet. Dann würde der Oszillator 6 eineFrequenz von 3OO + i5o=45okHz haben, so daß der Ausgang des Detektors 450 — 300, d. h. 150 kHz haben würde. Dies'' ser Ausgang wird dann durch den Oberwellengenerator in seiner Frequenz verdoppelt, so daß man wieder die ursprüngliche unvervielfachte Frequenz erhäjt. Man könnte auf den ersten Blick annehmen, daß, da man die Energie zur Vergrößerung ihrer Phasenverschiebung vervielfacht hat und da man sie auf die ursprüngliche Frequenz durch Überlagerung zurückgebracht hat, die Phasenverschiebung wieder verkleinert wird. Es

3<> verlaufen aber die Prozesse der Vervielfachung und der Überlagerung derart, daß eine Vervielfachung eine Phasenverschiebung verursacht, eine Überlagerung aber keinen Einfluß auf die Phasenverschiebung hat. Infolgedessen bleibt die Vergrößerung der Phasenverschiebung, auch wenn die Welle durch Überlagerung auf ihre ursprüngliche Frequenz zurückgeführt ist. Man hat demnach zwei Wellen zur Kombination in den Detektoren zur Verfugung, eine, deren Phasenverschiebung iV-mal größer ist als die andere, wobei N die Vervielfachungszahl darstellt.

Bei dem Empfänger gemäß Abb. 2 wird die Zwischenfrequenz fi mit einer Frequenz fk überlagert, so daß Schwebungen mit den Frequenzen /z + fk und fi — fk erzeugt werden. Hierbei ist fk so gewählt, daß die untere der beiden Schwebungsfrequenzen, nämlieh fi — fk, auf eine Frequenz vervielfacht werden kann, die gleich der höheren ist. Bei einer Zwischenfrequenz von 300 kHz kann fk 100 kHz sein, so daß im Detektorausgang Schwebungen von 400 und 200 kHz erzeugt würden·. Die 200 kHz-Schwebung würde dann in dem Oberwellengenerator mit 2 multipliziert, so daß der Ausgang des Oberwellengenerafors mit dem 400 kHz-Schwebungsausgang des Detektors 5 synchron sein würde.

Die vervielfachten und unvervielfachten 400 kHz-Schwingungen werden dann in den Gegentaktdetektoren kombiniert, um die Niederfrequenz zu erzeugen.

Abb. 5 zeigt die Phasenverhältnisse der Spannungen der vervielfachten und unvervielfachten Frequenzen, wie sie in den Eingangskreisen der Gegentaktdetektoren kombiniert werden. Die vervielfachte Spannung Em wird gleichphasig und die unvervielfachte SpannungEu gegenphasig, d.h. um i8o^c versetzt, den beiden Detektoren zugeführt. Die normale Phaseneinstellung beim Fehlen einer Modulation erfolgt mit einer Phasendifferenz von 90⁰ in den beiden Spannungsdiagrammen α und b. Die Resultierenden der kombinierten Spannungen sind dann von gleicher Amplitude und erzeugen gleichen Anodenstrom in den Anodenkreisen der Detektoren. Sobald die Modulation einsetzt, schwingt die Phase der unmodulierten 'Spannung in Uhrzeigerrichtung zwischen Eu in a und Em in c an dem einen Detektor und in b und d an dem anderen Detektor. Bei diesem Beispiel war Frequenzverdopplung angenom men, so daß Em, die vervielfachte Frequenz, sich um das Doppelte der Phasenabweichung der unvervielfachten Energie bewegt. Daher hat die Phasenverschiebung die beiden Vektoren in ihrer Phase für den Detektor a näher aneinander- und für den Detektor δ gt> weiter auseinandergebracht, wie es in Abb. 5 c und S d dargestellt ist. Die Resultierenden R haben sich auch geändert, indem die eine sich in ihrer Amplitude vergrößert und die andere sich verkleinert hat.

In ähnlicher Weise ändern sich bei einer durch die Modulation bedingten Phasenänderung entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung die Amplituden der Resultierenden, wie in den Diagrammen e und f dargestellt. So sind die den beiden Detektoren zugeführten Resultierenden verschieden amplitudenmoduliert, entsprechend der zugeführten phasenmodulierten Welle. Diese verschieden modulierten Wellen werden durch die beiden Detektoren gleichgerichtet und im Ausgangstransformator 18 verstärkt erhalten.

Die Schaltung gemäß Abb. 1 zeigt Penthodendetektoren, bei denen die Spannungen getrennten Gittern zugeführt werden. Diese Schaltung hat Vorteile gegenüber der Anwendung von Trioden gemäß Abb. 2, da sie nicht mit quadratischer Gleichrichtung, sondern als linearer Demodulator arbeitet.

Die obenerwähnte automatische Frequenzregelung arbeitet in der Weise, daß, wenn entweder die einfallende Hochfrequenz, der Hochfrequenzoszillator oder der Zwischenfrequenzoszillator in seiner Welle schwankt, so daß der Synchronismus-zwischen der vervielfachten und der unvervielfachten Energie gestört wird, sich die Anodenströme in den

einzelnen Detektoren in umgekehrter Richtung ändern, während bei Synchronismus die den Detektoren zugeführten Spannungen gleich sind, wie in Abb. 5 a und 5 b gezeigt wird. Sobald der Synchronismus gestört ist, sind die den Detektoren zugeführten Spannungen ungleich, wie in Abb. 5c, 5d oder 5e und $i gezeigt ist. Infolgedessen tritt an den Widerständen 13 und 14 in den Anodenkreisen der Detektoren eine Differenzspannung auf, und diese wird über die Leitung 21 dem Hochfrequenzoszillator bzw. einer ihn beeinflussenden Regeleinrichtung M als Korrektionsspannung zugeführt. Diese Steuerspannung ändert die Frequenz des Hochfrequenzoszillators um einen Betrag, der zur Wiederherstellung des Synchronismus genügt. Die Zeitkonstante des Siebkreises 20 wird so gewählt, daß die Niederfrequenz den Hochfrequenzoszillator nicht beeinflussen kann.

Anstatt die automatische Frequenzregelung dem Hochfrequenzoszillator zuzuführen, wie die beiden Schaltungen in Abb. 1 und 2 zeigen, kann diese Regelung auch am Oszillator 6 in beiden Schaltungen erfolgen. Die Frequenz dieses Oszillators würde also teilweise durch seinen Schwingungskreis und teilweise durch die Spannung an der Leitung 21 bestimmt werden.

Die mehrmalige Anwendung des Überlagerungsprinzips ist nicht notwendig. Wenn die Frequenzregelung am Oszillator 6 geschieht und die einfallende Hochfrequenz direkt an die Mischstufe 5 gelegt wird, kann man die Einheiten 2, 3 und 4 fortlassen und die Oszillatoren 6 von Abb. 1 und 2 entsprechend abstimmen.

Beim Empfang von frequenzmodulierten Sendern kann der Empfänger durch Zuschaltung eines Ausgangskorrektionskreises ergänzt werden.

Wenngleich die Schaltungen gemäß Abb. 1 und 2 dieselben Detektoren zur automatischen Frequenzregelung und Niederfrequenzgleichrichtung verwenden, kann man auch getrennte Detektoren verwenden. In diesem Falle kann der für Niederfrequenzgleichrichtung verwendete Detektor dadurch vereinfacht werden, daß man einen einzigen Penthodendetektor verwendet, bei dem die zwei Wechselspannungen getrennten Gittern zugeführt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Demodulation phasen- oder frequenzmodulierter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß von der Empfangsschwingung eine vervielfachte Schwingung abgeleitet wird, die mit der Empfangsschwingung durch Anwendung des Überlagerungsprinzips auf eine der beiden Schwingungen in der Frequenz in Übereinstimmung gebracht wird, und daß die beiden so erhaltenen Schwingungen zwecks Umwandlung in eine amplitudenmodulierte Schwingung überlagert und dann demoduliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine dem Demodulator zugeführte Schwingung aus der Empfangsfrequenz besteht und die andere Schwingung dadurch erhalten wird, daß die Empfangsschwingung durch Überlagerung mit einer örtlich erzeugten Schwingung (6 in Abb. 1) in eine niedrigere Frequenz übergeführt und dann wieder durch Vervielfachung (7) auf die ursprüngliche Frequenz gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsscheingung durch Überlagerung mit einer örtlich erzeugten Schwingung (6 in Abb. 2) auf eine höhere und eine niedrigere Frequenz gebracht wird, von denen die höhere über ein Filter (8 in Abb. 2) unmittelbar dem Demodulator zugeführt wird, während die tiefere Frequenz durch Vervielfachen auf dieselbe höhere Frequenz gebracht und dann ebenfalls dem Demodulator zugeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegentaktdemodulator verwendet wird, dem die eine Schwingung im Gegentakt und die andere im Gleichtakt zugeführt wird, und daß die zwischen den Anoden auftretende Differenzspannung zur Regelung der Frequenz eines Oszillators dient, welcher die Empfangsfrequenz in eine Zwischenfrequenz überführt, die dann wie eine Empfangsfrequenz gemäß Anspruch 1 demodttliert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen