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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die
Frequenzumsetzung mit Unterdrückung der Komponente mit der
Frequenz des örtlichen Oszillators, die zur Umsetzung
geführt hat.
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Die Frequenzumsetzung erfolgt durch Mischen zwischen
einem Eingangssignal mit einer Frequenz, die im allgemeinen
Zwischenfrequenz genannt wird, und einem Signal einer
lokalen Frequenz, die von einem örtlichen Oszillator geliefert
wird. Diese Umsetzung liefert eine erste Komponente, die das
Nutzsignal bildet, eine zweite Komponente bei der lokalen
Frequenz und eine dritte Komponente, die ein Bild der ersten
Komponente bezüglich der zweiten Komponente ist. Das Wort
"Bild" bedeutet hier, daß die Differenzen zwischen der
lokalen Frequenz und den Frequenzen der ersten und dritten
Komponente gleiche Absolutwerte, aber entgegengesetzte
Vorzeichen besitzen.
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Da die erste Komponente, die das Nutzsignal ist,
alleine erhalten werden soll, ist es bekannt, die beiden
anderen Komponenten mit Hilfe eines am Ausgang der die
Umsetzung bewirkenden Mischstufe stark zu dämpfen. Dieses
Filter ist ein Bandpaßfilter, das auf die Frequenz des
Nutzsignals zentriert ist, die Nutzfrequenz genannt wird,
während die Signale mit der lokalen Frequenz und der
Frequenz der Bildkomponente, die Bildfrequenz genannt wird,
gedämpft werden. Die Unterdrückung der lokalen Frequenz ist
am schwierigsten, da sie unter den beiden zu unterdrückenden
Frequenzen die der Nutzfrequenz am nächsten liegende ist.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Frequenz
des örtlichen 0szillators nach einer Frequenzumsetzung
automatisch zu unterdrücken, damit das Bandpaßfilter am
Ausgang der Umsetzungsvorrichtung nur noch die
Bildkomponente filtern muß.
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Dies ergibt sich durch eine Regelung, die ausgehend
vom Ausgangssignal des Bandpaßfilters ein Signal der
gleichen Amplitude wie die zweite Komponente des Ausgangssignals
der Mischstufe erarbeitet wird, aber in Gegenphase zu dieser
zweiten Komponente liegt, und indem das so erarbeitete
Signal dem aus der Mischstufe kommenden und an das
Bandpaßfilter angelegten Signal hinzugefügt wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Umsetzung
einer Frequenz vorgeschlagen, die Zwischenfrequenz genannt
wird, mit einer Frequenz, die lokale Frequenz genannt wird,
um eine Nutzfrequenz zu erhalten, wobei ein
Zwischenfrequenzsignal und ein Signal mit der lokalen Frequenz gemischt
werden, um ein Signal zu ergeben, das eine erste Komponente
bei der Nutzfrequenz, eine zweite Komponente bei der lokalen
Frequenz und eine dritte Komponente besitzt, die ein Bild
der ersten Komponente bezüglich der zweiten Komponente ist,
und wobei das resultierende Signal in einem Bandpaßfilter
gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren
weiter darin besteht, vor dem Filtern dem resultierenden
Signal ein Korrektursignal entsprechend der um 180º
phasenverschobenen zweiten Komponente hinzuzufügen und hierzu
einen Teil des Signals nach dem Filtern zu entnehmen, durch
Intermodulation ausgehend von dem entnommenen Signal eine
Hilfskomponente bei der Zwischenfrequenz zu erzeugen, einen
Teil des Signals mit der lokalen Frequenz zu entnehmen und
abhängig vom Wert der Hilfskomponente zu verstärken und in
der Phase zu verschieben, um daraus das Korrektursignal zu
bilden.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der
beiliegenden Figuren näher erläutert.
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Figur 1 zeigt eine Frequenzumsetzungsvorrichtung nach
dem Stand der Technik.
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Figur 2 zeigt eine Frequenzumsetzungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
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In den Figuren sind entsprechende Elemente mit
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Figur 1 zeigt schematisch eine
Frequenzumsetzungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Diese Vorrichtung hat
die Aufgabe, ein Eingangssignal der Frequenz Fe, im
allgemeinen Zwischenfrequenz genannt, in ein Signal mit der
Frequenz Fo+Fe oder Fo-Fe mittels eines Signals mit fester
Frequenz Fo, lokale Frequenz genannt, umzusetzen. Die
Vorrichtung enthält eine Mischstufe 1, die an einem ersten
Eingang das Signal mit der Frequenz Fe und an einem zweiten
Eingang das Signal mit der Festfrequenz Fo zugeführt erhält,
das von einem örtlichen Oszillator 2 stammt. Die Mischstufe
1 liefert an ihrem Ausgang ein Signal mit drei Komponenten,
nämlich einer ersten Komponente Cul, die auch Nutzkomponente
genannt wird, eine zweite Komponente Col, die auch lokale
Komponente genannt wird, und eine dritte Komponente Cil, die
auch Bildkomponente genannt wird. Die lokale Komponente
besitzt die Frequenz Fo des örtlichen Oszillators, während
die Bildkomponente und die Nutzkomponente bei den Frequenzen
Fo+Fe und Fo-Fe liegen. In den Beispielen gemäß Figur 1 und
2 wird angenommen, daß die Nutzkomponente bei der Frequenz
Fo+Fe liegt, während die Bildkomponente bei der Frequenz
Fo-Fe liegt.
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Das Ausgangssignal der Mischstufe 1 wird an den
Eingang eines Bandpaßfilters 4' angelegt, dessen Aufgabe es
ist, die zweite und dritte Komponente Col, Cil stark
abzuschwächen. Das Filter 4' liefert also an seinem Ausgang,
der den Ausgang S der Vorrichtung bildet, ein Signal, das
zwar noch die drei Komponenten enthält, aber unter diesen
drei Komponenten Cu, Co und Ci besitzt die Nutzkomponente Cu
eine deutlich größere Amplitude als die beiden anderen.
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In Figur 1 wie auch in Figur 2 wurden die Komponenten
von manchen dieser Signale in Form von Linien eines
Linienspektrums dargestellt.
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Das Filter 4' der Vorrichtung aus Figur 1 ist
schwierig und damit teuer herzustellen, da es die zweite
Komponente Col des Eingangssignals dämpfen soll, ohne zugleich die
erste Komponente Cul zu dämpfen und da diese beiden
Komponenten frequenzmäßig sehr nahe beieinander liegen.
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Das Blockschaltbild gemäß Figur 2 zeigt, wie die
Filterung am Ausgang der Frequenzumsetzungsvorrichtung durch
eine vorherige Verringerung der lokalen Komponente
vereinfacht werden kann, was dazu führt, daß das Ausgangsfilter
der Vorrichtung nur noch die Bildkomponente ausfiltern muß,
deren Frequenzabstand zur Nutzkomponente zweimal größer als
der Frequenzabstand zwischen der Nutzkomponente und der
lokalen Komponente ist.
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In dem Blockschaltbild gemäß Figur 2 sind auch die
drei Komponenten, nämlich die Nutzkomponente, die lokale
Komponente und die Bildkomponente vorhanden und sind an
verschiedenen Stellen in Form von Linienspektren
dargestellt. Um sie abhängig von den durchgeführten
Signalverarbeitungen zu unterscheiden, werden diese drei Komponenten
sowie weitere nachfolgend erwähnte Komponenten mit einer
Ziffer oder einem Buchstaben ergänzt, mit Ausnahme des
Ausgangs der Frequenzumsetzungsvorrichtung, wo die
Nutzkomponente, die lokale Komponente und die Bildkomponente
einfach mit Cu, Co bzw. Ci bezeichnet sind.
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Figur 2 zeigt eine Mischstufe 1, die an einem ersten
Eingang das Zwischenfrequenzsignal Fe und an einem zweiten
Eingang das Signal mit fester Frequenz Fo aus dem örtlichen
Oszillator 2 zugeführt erhält. Das Ausgangssignal der Stufe
1 gelangt an den ersten Eingang eines Addierers 3, dessen
Ausgang an den Eingang eines Bandpaßfilters 4 führt. Der
Ausgang des Filters 4 ist mit dem Ausgang S der Vorrichtung
über eine Energiekopplungsschaltung 20 verbunden, die einen
sehr geringen Teil der Ausgangsenergie des Filters entnimmt,
um ihn an den Eingang einer Intermodulationsschaltung 5
anzulegen.
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Auf die Intermodulationsschaltung 5 folgen in Reihe
ein Bandpaßfilter 6, ein Detektor 7, ein Analog-Digital-
Wandler 8 und ein Mikroprozessor 9. Der Mikroprozessor 9
liefert zwei Signale An und Pn, die an je einen von zwei
Digital-Analog-Wandlern 10, 11 angelegt werden.
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Die Ausgangssignale Aa und Pa der Wandler 10 und 11
dienen als Steuersignale für ein regelbares Dämpfungsglied
12 bzw. einen regelbaren Phasenschieber 13. Eine
Kopplungsschaltung 21 entnimmt einen Teil der Energie mit der
Frequenz Fo, die aus dem örtlichen Oszillator 2 stammt, und
liefert sie an das Dämpfungsglied 12. Der Ausgang des
Dämpfungsglieds 12 ist mit dem Signaleingang des Phasenschiebers
13 verbunden, dessen Ausgang an den zweiten Eingang des
Addierers 3 angeschlossen ist.
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Der von der Kopplungsschaltung 21 entnommene Teil der
Energie des örtlichen Oszillators 2 wird im regelbaren
Dämpfungsglied 12 gedämpft und im regelbaren Phasenschieber
13 in seiner Phase verschoben, um am zweiten Eingang des
Addierers 3 ein Signal Co zu ergeben, das aus einer
einzigen Komponente mit der Frequenz Fo besteht. Dieses Signal
wird mit den Komponenten Cul, Col, Cil summiert, die aus der
Mischstufe 1 austreten.
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Das Signal Aa zur Steuerung des Dämpfungsglieds 12
und das Signal Pa zur Steuerung des Phasenschiebers 13 sind
so gewählt, daß sie die Phase und die Amplitude des Signals
Co so einstellen, daß dieses letztere Signal im
wesentlichen die gleiche Amplitude wie die lokale Komponente Col am
Ausgang der Stufe 1 besitzt, aber um 180º in der Phase
bezüglich dieser Komponente gedreht ist.
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So annulieren sich weitgehend die Komponenten Col und
Co bei der Addition. Co2 bildet den Rest der lokalen
Komponente am Ausgang des Addierers 3. Die Leistung der
Komponente Co2 hängt von der Genauigkeit der Einstellung des
Dämpfungsglieds 12 und des Phasenschiebers 13 ab.
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Das Ausgangssignal des Addierers 3 enthält die
Nutzkomponente Cu2, die lokale Komponente Co2 stark
abgedämpft und die Bildkomponente Ci2. Dieses Signal wird vom
Bandpaßfilter 4 gefiltert, das auf die Frequenz der
Nutzkomponente
zentriert ist und aus den drei Komponenten nur die
Bildkomponente dämpft. Die Komponenten des Ausgangssignals
des Filters 4 tragen die Bezeichnungen Cu, Co und Ci.
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Der Teil der Energie, der von der Kopplungsschaltung
20 am Ausgang des Filters 4 entnommen wurde, wird in der
Intermodulationsschaltung 5 verstärkt. Die Schaltung 5
besteht im dargelegten Beispiel aus einem Verstärker, der
bei seinem Sättigungspegel arbeitet. Die Schaltung 5 erzeugt
ein Signal mit der Nutzkomponente Cu3, der lokalen
Komponente Co3 und der Bildkomponente Ci3, sowie mit
Intermodulationsprodukten, unter denen eines besonders interessant ist,
weil es bei der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals Fe
liegt und weil seine Leistung zur Leistung der lokalen
Komponente Co am Ausgang des Filters 4 proportional ist. Die
Komponente bezüglich dieses Intermodulationsprodukts wird
mit Cr1 bezeichnet.
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Das Bandpaßfilter 6 ist auf die Frequenz Fe
zentriert, so daß es an seinem Ausgang ein Signal abgibt, das
nur eine Komponente Cr2 mit der Frequenz Fe enthält. Der
Detektor 7, der das Signal mit der Komponente Cr2 empfängt,
liefert also eine Spannung U, die zur Leistung der
Komponente Co am Ausgang des Filters proportional ist. Diese
Spannung U wird durch den Analog-Digital-Wandler 8 in digitale
Form umgewandelt, um an den Mikroprozessor 9 geliefert zu
werden.
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Der Mikroprozessor 9 erzeugt die Signale An und Pn,
die nach der Digital-Analog-Umwandlung das Signal Aa zur
Steuerung des Dämpfungsglieds 12 und das Signal Pa zur
Steuerung des Phasenschiebers 13 ergeben.
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Das Programm zur Erarbeitung der Signale An und Pn
durch den Mikroprozessor 9 abhängig von der in einen
digitalen Wert umgewandelten Spannung U läßt sich in zwei Teile
zerlegen.
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Während des ersten Teils erzeugt das Programm beim
Einschalten der Vorrichtung alle möglichen Kombinationen
zwischen An und Pn. Für jedes Paar An-Pn, das an die Wandler
11 und 12 und damit an das regelbare Dämpfungsglied 12 und
den regelbaren Phasenschieber 13 angelegt wird, liefert der
Wandler 8 dem Mikroprozessor 9 den digitalen Wert der
Spannung U bezüglich des betrachteten Paars.
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Eines dieser Paare entspricht einem Mindestwert der
Spannung U. Die beiden Signale, die dieses Paar ergeben, für
das die Spannung U den Mindestwert hat, werden permanent an
die Wandler 10 und 11 angelegt, um das Dämpfungsglied 12 und
den Phasenschieber 13 zu steuern. Diese Regelung der
Spannung U auf den Mindestwert gewährleistet, daß die Leistung
der lokalen Komponente Co am Ausgang des Filters 4 auf den
Mindestwert verringert wird.
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Während des zweiten Teils ist es notwendig, die
Leistungsveränderungen der Bildkomponente am Ausgang des
Bildes 4 zu korrigieren, sobald sie auftreten. Solche
Veränderungen können von Temperaturänderungen oder der Alterung
des Materials herrühren. Um diese Korrektur durchzuführen,
enthält das Programm eine permanente Messung der Spannung U.
Wenn U van seinem Mindestwert abweicht, verändert das
Programm das Paar An-Pn im Umkreis der Werte An und Pn, die
vorher erhalten wurden, und mißt für jedes neue Paar den
Wert der Spannung U. Wenn ein neuer Mindestwert der Spannung
U gefunden wurde, sendet der Mikroprozessor 9 permanent das
neue Paar entsprechend diesem neuen Mindestwert der Spannung
aus. So ist die Vorrichtung permanent nachgeregelt.
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Die Vorrichtung zur Frequenzumsetzung, die als
Beispiel für die Beschreibung gemäß Figur 2 diente, wurde
mit einer Frequenz Fe von 15 MHz betrieben, während eine
lokale Frequenz zwischen 350 und 700 MHz liegen kann. Der
Wandler 8 ist hier ein Wandler mit acht Bits, während die
Wandler 10 und 11 Wandler mit 14 Bits sind. Die
Unterdrükkungsrate der lokalen Komponente Co am Ausgang des Filters 4
gemessen bezüglich des Pegels der Nutzkomponente Cu am
Ausgang dieses Filters betrug 50 dB im ganzen
Arbeitsfrequenzband.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das
beschriebene Beispiel beschränkt. So kann insbesondere der erste
Teil des Programms darin bestehen, für die verschiedenen
Frequenzwerte, die am Eingang der Mischstufe auftreten
können, Signalpaare An-Pn einzuspeichern, die einen
Mindestwert der Spannung U ergeben. Beim Einschalten der
Vorrichtung wird der zweite Teil des Programms sofort aufgrund des
gespeicherten Paars aktiviert, das den gegebenen Werten für
die Frequenzen Fe und Fo entspricht.
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Ganz allgemein wird der Anwendungsbereich der
Erfindung durch alle Frequenzumsetzungen gebildet, bei denen vor
der Ausgangsfilterung die lokale Komponente stark
abgeschwächt ist, indem zum Ausgangssignal der Mischstufe ein
Signal addiert wird, das bezüglich der lokalen Komponente
dieses Ausgangssignals dieselbe Amplitude, aber eine
Phasenverschiebung von 180º besitzt.