DE675778C

DE675778C - Einrichtung zur Demodulation frequenz- oder phasenmodulierter Schwingungen

Info

Publication number: DE675778C
Application number: DER96495D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1935-06-06
Filing date: 1936-06-07
Publication date: 1939-05-19
Also published as: GB470131A; US2087429A

Description

Die Erfindung bezieht sieb auf eine Einrichtung zur Demodulation frequenz- oder phasenmodulierter Schwingungen.

Es ist bereits bekannt, zur Demodulation frequenz- oder phasenmodulierter Schwingungen diese in amplitudenmadulierte zu verwandeln und dann auf übliche Weise gleichzurichten. Diese Umwandlung kann beispielsweise so erfolgen, daß die modulierte Scnwingung auf ein Organ gegeben wird, das eine lineare Frequenzbennlinie hat. Aus der frequenzmodulierten Schwingung, d.h. der sich ändernden Frequenz gleicher Amplitude, wird dann eine solche mit einer sich im gleichen Takt ,ändernden Amplitude, d.h. eine wenigstens zusätzlich amplitudenmodulierte Schwingung.

Nach einer anderen bekannten Anordnung wird die modulierte Schwingung auf einen Kettenleiter bestimmter Länge gegeben, der der Ausgangsschwingung gegenüber der Eingangsschwingung eine von der Frequenz abhängige Phasendifferenz verleiht. Eine Schwingung schwankender Frequenz setzt sich daher um in eine mit zusätzlich im gleichen Takt schwankender Phase. Die Summe beider Schwingungen ergibt eine amplitudenmodulierte Schwingung. Bei der nachfolgenden Gleichrichtung, die die niederfrequente Modulationsschwingung entstehen läßt, treten nichtlineare Verzerrungen auf.

Eine verzerrungsfreie Demodulation frequenzmodulierter Schwingungen läßt sich nach einer weiteren bekannten Einrichtung dadurch erzielen, daß das durch die modulierte Empfangsschwingung dargestellte Frequenzspektrum mit dem von. den Modulationsseitenbändern befreiten und· um 90⁰ gedrehten Träger multiplikativ gemischt wird. Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der Schwierigkeit, diesen zur Multiplikation dienenden Träger mit genau richtiger Frequenz und Phase zu erzeugen. Die dabei auftretenden Schwierigkeiten sind dann besonders groß, wenn die Trägerfrequenz nicht völlig konstant ist, wie es in der Praxis meist der Fall ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das durch die modulierte Empfangsschwingung dargestellte Frequenzspektrum mit einem zweiten Frequenzspektrum, das aus dem ersten durch angenähert linear frequenzabhängige Amplitudenänderung oder angenähert linear frequenzabhängige Phasenverschiebung gewonnen ist, multiplikativ gemischt.

Die multipükative Mischung liefert in beiden Fällen unmittelbar die niederfrequente Modulationsspannung.

Der mathematische Ausdruck für eine frequenzmodulierte Schwingung kann wie folgt gefaßt "werden: ■ ■ ...

e ~ E · cos j'2 Tint —

fä

cos

wobei /z die Trägerfrequenz,

e =

die Frequenz fä

fc-fo

sin

Dabei ist angenommen, daß die Fiiequenzkurve des Filterkreisies gemäß Abb. 3 verläuft, ,_ also zwischen den Frequenzwerten f₀ und linear von ο auf 2 ansteigt, so daß die Amplitude für die mittlere Frequenz/_c, die Trägerfrequenz gleich 1 ist. Die Frequenzdifferenz // bis f₀ ist entsprechend der Fre_a - quenzbandbreite des Frequenzgemisches zu wählen, das die freqüenzmodulierte Schwingung darstellt, die ja ebenfalls wie die amplitudenmodulierte Schwingung als aus Trägerfrequenz und Seitenbändern bestehend auf-'₂g gefaßt werden kann.

Es ist sofort zu übersehen, daß durch die Multiplikation der beiden Spannungsauisdrücke e und e neben einem Gleichstromglied sowie Gliedern, die Hochfrequenzen entsprechen, nur der Ausdruck sin ζττνΐ auftritt. Es entsteht also die reine Modulationsfrequenz ohne irgendwelche Oberfrequenzen.

Wird die frequenzmodulierte Schwingung auf einen Kettenleiter gegeben, so entsteht eine neue Schwingung, die gegenüber der ursprünglichen zusätzlich phasenmoduliert ist, da die Phasenverschiebung, die durch 'den Kettenleiter erzielt wird, frequenzabhäingig (sogar linear frequenzabhäingig) ist. Der mathematische Ausdruck für die Ausgangsschwingung enthält gegenüber dem Ausdruck für die Eingangsschwingung im Argument noch ein Phasenglied, das seinerseits aus einem festen und einem Glied mit dem Faktor sin 2 χ ν t besteht. Das feste Phasenglied stellt die Phasendifferenz für die unmodulierte Trägerfrequenz dar und kann durch passende Bemessung dies Kettenleiters bzw. passenden Abgriff an diesem zu einem ungeraden Vielfachen van π/2 gemacht werden. In diesem Falle ergibt die Multiplikation der ursprünglichen mit der Ausgangssdiwingung, wie die Rechnung nachweist, an Niederfrequenzgliedern ein solches mit der Frequenz v, also der Modulationsfrequenz, sowie Glieder mit der dreifachen, fünffachen usw. Potenz davon, dagegen keine quadratischen Glieder. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. 1. Die von der Antenne 1 empfangene hochfrequente Schwingung wird im Hochfrequenzverstärker 2 verstärkt und in der änderung·, mit der Modulation und ν 'die Modulationsfrequenz ist. Wird diese Schwingung auf ein Filterglied mit linearer Fret^enzkennlinie gegeben, so entsteht eine neue jhwingung, die gegenüber der Eingangs-/4i?hwrngung zusätzlich amplitudenmoduliert 'ist und deren mathematische Form folgendermaßen aussieht:

2 nnt — — · cos 2πνί\ ν)

2πφί\ · cos 12

Mischstufe 3 mit der dem Hochfrequenzoszillator 4 entnommenen Schwingung überlagert. Die entstandene zwischenfrequente Schwingung wird im Verstärker 5 weiter verstärkt und im Frequenzvervielfacher 26 frequienzvervielfachtj wodurch der Modulationshub sich entsprechend dem Frequenzvervielfachungsverhältnis erhöht. Die entstandene Schwingung wird noch einmal in der zweiten Mischstufe 27 mit der dem auf mittlerer Frequenz arbeitenden Oszillator 28 entnommenen Frequenz .überlagert und über den Zwischenfrequenztransformator 29 der Demodulationseinrichtung zugeführt. Die Demodulation geschieht in diesem Falle durch multiplikative¹ Mischung" der Schwingung mit einer aus ihr durch frequenzabhängige Amplitudenänderung entstandenen. Die dem Transformator 2 9 entnommene Schwingung wird .einmal auf das Steuergitter der Röhre 31 gegeben, in deren Anodenkreis die Belastungsdrosser34 liegt, und über den Kondensator 36 aperiodisch verstärkt dem zweiten Steuergitter G₂ derMischrÖhre : zugeführt. Gleichzeitig ist der Transformator 29 mit dem Steuergitter der Rohre 30 verbunden, in deren Anodenkreis das aus zwei Sperrkreisen bestehende Filterorgan 33 liegt, welches für das dem zu empfangenen Sender entsprechende Frequenzgemisch eine annähernd linear ansteigende Frequenzkurve besitzen möge, wie sie- Abb¹. 3 zeigt. Es entsteht daher eine Ausgangsspannung, die zusätzlich amplitudenmoduliert ist und über das Übertragungsorgan 13 dem ersten Steuergitter G₁ der Mischröhre zugeführt wird. Abb. 4 zeigt verschiedene Kennlinien des Anodenstromes l_p dieser Röhre in Abhängigkeit von der Spannung E_gi 'des ersten Steuergitters G₁ bei verschiedenen Vorspannun genE₈₂ des zweiten Steuergitters G₂. Abb. 5 zeigt entsprechend die Kennlinien in Abhängigkeit von der Spannung des zweiten Steuergitters bei verschiedenen. Vorspannungen des ersten. Es ist anzunehmen, daß beide Gitter so vorgespannt sind, daß auf dem linearen Teil 'der Kennlinien, deren Mittelpunkt durch α gekennzeichnet ist, gearbeitet wird. Im Ausgang der Mischröhre 8 entsteht dann unmittelbar die niederfrequente

Modulationsspannung,, .die über das Übertragungsorgan ι S der Endverstärkerröhre 9 dann der Abhöireinrichtung 10 zugeführt wird.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 2 wird die empfangene hochfrequente Schwingung in dem Hochfrequenzverstärker 2 verstärkt und auf das eine Steuergitter der Mischröhre 3 gegeben, deren anderes Steuergitter mit der dem Oszillator 4 entnommenen Hilfsschwingung verbunden wird. Es ist aber auch möig¹-lich, ein Steuergitter oder alle beide so stark negativ vorzuspannen, daß ein Arbeiten auf dem gekrümmten Kennlinienteil stattfindet, wodurch eine Frequenzvervielfachung der Eingangsschwingung und damit eine Erhöhung des Modulationshubes erreicht wird. Die entstandene Zwischenfrequenz wird in dem Zwischenfrequenzverstärker 5 trennscharf verstärkt und der Demodulationseinrichtung zugeführt. Die Demodulation wird hier dadurch erreicht, daß die Schwingung mit einer aus ihr durch frequenzabhängige Phasenverschiebung entstandenen multiplikativ gemischt wird. Zur frequenzabhängigen Phasenverschiebung können die verschiedensten Anordnungen benutzt werden. Hier ist ein aus Selbstinduktipn und Kapazitäten bestehender Kettenleiter 6 vorgesehen, dessen Ausgang mit einem Regelwiderstand R abgeschlossen ist.

Die dem Zwischenfrequenztransformator entnommene Schwingung wird erstens unmittelbar über das Potentiometer 7 dem ersten Steuergitter G₁ der Mischröhre 8 zugeführt., zweitens ,nach Durchlaufen einer bestimmten Strecke des Kettenleiters, wodurch die frequenzabhängige Phasenverschiebung entsteht, dem zweiten Steuergitter G₂ der Mischröhre. Der Abgriff am Kettenleiter ist verschiebbar gemacht, um zu erreichen, daß die Phasenverschiebung für die Trägerfrequenz ein ungerades Vielfaches von π/2 beträgt. Im Ausgang der Mischröhre entsteht durch multiplikative Mischung der beiden Gitterspannungen die Modulationsfrequenz, die, wie bei Abb. 1, weiter verstärkt und aufgenommen wird.

Das Übertragungsorgan 15 kann durch ein Filter ersetzt werden, das den im Anodfenkreis noch vorhandenen hochfrequenten Schwingungen den Eintritt in den Niederfrequenzverstärker verwehrt.

Frequenzmodulierte Schwingungen können von vornherein gleichzeitig zum Teil amplitudenmoduliert sein. Es empfiehlt sich, diese unerwünschte Amplitudenmodulation zu unterdrücken, was durch Gegentaktgleichrichter geschehen kann. Abb. 6 stellt eine Schaltung ähnlich Abb. 1 dar, bei der also auch Filterkreise mit linearer Frequenzkennlinie benutzt werden, die aber gleichzeitig zwei im Gegentakt arbeitende Mischröhren anwendet.

Die dem Transformator 29 entnommene Eingangsschwingung wird den Gittern aller drei Röhren 30, 31, 32 im Gleichtakt zugeführt. Der Übertragungskreis 3 5 gibt die Schwingung aperiodisch verstärkt unmittelbar auf die zweiten Steuergitter G₂ der beiden Mischrohr en 36, 27· Iⁿ den Anodenkreisen der Röhren 30 und 31 liegen Filterkreise 33 und 34, vom denen der eine eine linear ansteigende Frequenzkennlinie gemäß Abb. 3, der andere eine linear fallende gemäß Abb. 7 hat. Die frequenzmoduliertje Schwingung wandelt sich an 'diesen Filtergliedern in je eine zusätzlich amplitudenmoduJierte um, die den Steuergittern G₁ der Mischröhren zugeführt wird. Die Amplitudenmodulationen der beiden den Gittern G₁ zugeführten Schwingungen sind infolge der verschiedenen Frequenzkennlinien der beiden Filter um i8o^rj in der Phase verschoben. Werden die Ausgänge der Mischröhren durch den Schalter S₂ in Gegentakt geschaltet, so summieren sich die Wirkungen der durch die eigentliche Frequenzmodulation entstandenen Modulationsschwingungen, während die schon ursprünglich vorhandene unerwünschte Amplitudenmodulation durch die Filter 2>2> und 34 nicht beeinflußt den Gittern G₁ im Gleichtakt zugeführt wird und sich im Gegentaktausgang g₀ aufhebt. Zum Empfang amplitudenmodulierter Schwingungen muß der Schalter S₂ umgepolt werden, wodurch erreicht wird, daß jetzt nur amplitudenmodulierte Schwingungen empfangen werden und eine zusätzliche unerwünschte Frequenzmodulation ■ unterdrückt wird. Die Filter 38 und 39 dienen zum Kurzschluß der in den Ausgangskreisen noch auftretenden Hochfrequenzen.

Die Unterdrückung der unerwünschten Amplitudenmodulation kann auch so erfolgen, daß nach Abb. 6a der eine Filterkreis 34 durch ein aperiodisches Übertragungsorgan ersetzt wird. Im Anodenkreis der Mischröhre 37 entsteht dann nur die unerwünschte Amplitudenmodulation, im Anodenkreis der Röhre 36 die Summe der durch die Demodulation der frequenzmodülierten Schwingung entstan->. denen und der unerwünschten. Die letztere hebt sich dann durch die Gegentaktwirkung heraus.

Bei der Schaltung, die mit einem Kettenleiter arbeitet, ist eine unerwünschte Amplitudenmodulation an sich schon unterdrückt.

Es ist bekannt, daß man bei Empfängern für Frequenzmodulation Begrenzungsorganie einbauen kann, die ebenfalls dazu dienen, eine unerwünschte Amplitudenmodulation zu beseitigen. Diese Begrenzungsorgane können beispielsweise an den mit χ bezeichneten Punkten in den Zwischenfrequenzverstärker oder, falls gewünscht, auch in den Hoch-

frequenzverstiärker an den mit y bezeichneten Punkten eingeschaltet werden.

Liefert der Empfänger für frequenzmodulierte Schwingungen eine frequenzricihtige Wiedergabe, so muß zum Empfang phasenmodulierter Schwingungen in an sich bekannter Weise ein !niederfrequentes Korrektionsglied zum Ausgleich der Benachteiligung der tiefen Frequenzen eingeschaltet werden,
to

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Demodulation frequenz- oder phasenmodulierter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß das durch idie modulierte Empfangsschwingung· dargestellte Frequenzspektrum mit einem, zweiten Frequenzspektrum, das aus dem ersten durch angenähert linear frequenzabhiängige Amplifudenänderung oder angenähert linear frequenzabhängige Phasenverschiebung gewonnen ist, multiplikativ gemischt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschwingung an das eine Steuer.gitter einer Mischrohr e unmittelbar, an das andere über¹ ein Filterglied mit linear ansteigender oder fallender Frequenzkennlinie geführt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschwingung an das eine Steuergitter einer Mischriöhre unmittelbar, an das andere über einen Kettenleiter geführt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über einen Kettenleiter geführte phasen- oder frequenzmodulierte Trägers chwingung in dem Kettenleiter eine Phasenverschiebung erfährt, die für die unmoduliert© Trägerschwingung angenähert 90° oder ein ungerades Vielfaches von 90° ■ beträgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschwingung im Gleichtakt an je ein Steuergitter zweier Mischröhren, deren Ausgänge im Gegentakt geschaltet sind, unmittelbar und an die beiden anderen Steuergitter über je ein Filterglied gelegt wird, von denen das eine eine ansteigende, das andere eine abfallende Frequenzkennlinie besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen