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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschminderung während des
FM-Empfangs, mit den folgenden Schritten:
- – Dämpfen eines
detektierten Audiosignals,
- – Ableiten
eines Feldstärke
anzeigenden Stummschaltungssteuersignals aus einem ZF-Signal,
- – Steuern
des Schritts des Dämpfens
des Audiosignals unter Verwendung des Stummschaltungssteuersignals,
wenn die Feldstärke
unter einen bestimmten Schwellenpegel abnimmt, sowie einen Empfänger zur
Ausführung
des Verfahrens. Ein Verfahren zur Rauschminderung ist aus US-A-4,914,715
bekannt, wobei das Verfahren die Zeitkonstante eines Tiefpaßfilters
des Empfängers ändert.
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Ein
ein solches Verfahren ausführender Empfänger ist
z.B. aus dem US-Patent 5,410,751 bekannt und umfaßt ein HF-Frontend
zum Abstimmen des Empfängers
auf ein gewünschtes
HF-FM-Signal und zum Demodulieren des empfangenen HF-FM-Signals
zu einem ZF-Signal, wobei das HF-Frontend danach an einen selektiven
ZF-Verstärker
zum Wählen
und Verstärken
des ZF-Signals und an einen FM-Detektor zum Detektieren des ZF-Signals
angekoppelt ist, um sein Basisband-FM-Modulationssignal zu erhalten,
das ein Audiosignal umfaßt.
Das Basisband-FM-Modulationssignal wird einer Stummschaltung zugeführt, die
unter der Kontrolle des Feldstärke
anzeigenden Stummschaltungssteuersignals das FM-Demodulationsrauschen
unterdrücken
soll, das im folgenden auch als FM-Zwischenstationsrauschen des
FM-Rauschens bezeichnet wird, das am Ausgang des FM-Detektors auftritt.
Das Stummschaltungssteuersignal wird aus dem ZF-Signal abgeleitet,
indem in einem an den ZF-Verstärker
angekoppelten ZF-Pegel detektor sein Pegel und in einem dem ZF-Pegeldetektor
folgenden Tiefpaßfilter
gefiltert und/oder geglättet
wird.
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In
dem Basisband-FM-Modulationssignal am Ausgang des FM-Detektors und damit
auch in den daraus abgeleiteten Audiosignalen auftretendes FM-Rauschen
nimmt umgekehrt mit der Feldstärke des
empfangenen FM-HF-Signals zu. Insbesondere führen FM-HF-Signale, die unter
einen bestimmten Schwellenwert abnehmen, zu einer starken Zunahme
des FM-Rauschens. In dem bekannten Empfänger wird dieses FM-Rauschen
durch Dämpfen
oder Stummschalten des Basisband-FM-Modulationssignals in der Stummschaltung
jedes Mal dann unterdrückt,
wenn der Tiefpaß gefilterte
ZF-Signalpegel unter einen bestimmten Schwellenwert abfällt. Der ZF-Signalpegel
hängt jedoch
nicht immer eindeutig mit der Feldstärke des empfangenen HF-FM-Signals zusammen.
Aufgrund der Durchlaßbandfrequenzkennlinie
der ZF-Selektivität
variiert dieser ZF-Signalpegel nicht nur mit der Feldstärke des
empfangenen HF-FM-Signals, sondern auch mit der Abweichung der Momentanfrequenz
des ZF-FM-Signals von der ZF-Trägerfrequenz.
Abhängig
von dem Betrag der Abweichung kann eine Filterseitenunterdrückung auftreten,
wodurch der ZF-Signalpegel auch bei Abwesenheit von FM-Rauschen,
und auch wenn ungestörte
HF-FM-Signale mäßiger Stärke empfangen werden,
beträchtlich
verringert wird. Sollte frequenzabweichungsabhängige Verringerungen des ZF-Signalspegels,
insbesondere wenn sie in FM-HF-Signalen, die mit niedriger Feldstärke empfangen
werden, auftreten, können
sie zu unerwünschten
Stummschaltungsaktionen und Signaldämpfungen führen, die zu Verzerrungen des
nützlichen
Audiosignals führen.
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Bei
dem bekannten Empfänger
glättet
das dem ZF-Pegeldetektor am Ausgang des ZF-Verstärkers folgende Tiefpaßfilter
das Stummschaltungsverhalten und führt eine Zeitkonstante in die
Stummschaltungssteuerung ein, wodurch die Stummschaltung zu einem
gewissen Grad verzögert
wird. Die Wahl dieser Zeitkonstante ist in bezug auf das Gleichgewicht
zwischen Signalverzerrung einerseits und hörbares FM-Rauschen andererseits
kritisch. Je niedriger die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters
ist, je größer die
Zeitkonstante und Verzögerung
in der Stummschaltungssteuerung ist, desto weniger Stummschaltungsaktionen
und weniger Verzerrungen treten auf, aber es wird auch weniger Warnungs-FM-Rauschen
unterdrückt,
wodurch FM-Rauschen
zunehmend hörbar
wird und umgekehrt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Einführung eines zusätzlichen
Freiheitsgrades in die Stummschaltungssteuerung, wodurch eine Lösung der
obigen konfliktierenden Anforderungen für die Zeitkonstante der Stummschaltungssteuerung
bereitgestellt wird.
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Ein
Verfahren zur feldstärkenabhängigen Rauschminderung
während
des FM-Empfangs wie oben erwähnt
gemäß der Erfindung
ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitkonstante in der Stummschaltungssteuerung
mit zunehmender Abweichung der Momentanfrequenz des empfangenen FM-Signals
von der FM-Trägerfrequenz
vergrößert wird
und umgekehrt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
unterscheidet bei seinem Stummschaltungsansprechen auf Reduktionen
des ZF-Signalpegels am Ausgang der ZF-Selektivität zwischen Reduktionen aufgrund von
Filterseitenunterdrückung
und denen aufgrund abnehmender Feldstärke. Es basiert auf der Erkennung,
daß ZF-Signalpegelreduktionen
aufgrund von Filterseitenunterdrückungen
hauptsächlich
durch ungestörte
Frequenzen mit niedriger Modulation verursacht werden und sich nicht
notwendig auf eine etwaige Stummschaltung auswirken müssen. Anderweitig verursachte
ZF-Signalpegelreduktionen können hauptsächlich von
abnehmender Feldstärke
herrühren,
wodurch ein Anstieg des hörbaren
FM-Rauschens, das stummgeschaltet werden muß, entsteht.
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Durch
Anwenden dieser erfindungsgemäßen Maßnahme wird
die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters auf
einen kleinen Wert verringert, wodurch die Stummschaltungssteuerung
sehr gut auf ZF-Pegelverminderungen anspricht, wenn die Modulationsfrequenz
in dem Durchlaßband
der ZF-Selektivität
variiert. Dies führt
zu einer Warnung und angemessener Stummschaltung von FM-Rauschen.
Im Folgenden soll Stummschaltung eine beliebige Abnahme der Signalverstärkung oder
Zunahme der Signaldämpfung (schrittweise
oder allmählich)
bedeuten. Die Zeitkonstante des Tiefpaßfilters und damit auch die
der Stummschaltungssteuerung wird beträchtlich erhöht, wenn die Momentanfrequenz
des ZF-Signals soweit von der Trägerfrequenz
abweicht, daß aufgrund
der Filterseitenunterdrückung
der ZF-Signalpegel merklich verringert ist. Dies verhindert unnötige Stummschaltungsaktionen
und dadurch Verzerrungen der nützlichen
Audiosignale.
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Vorzugsweise
wird ein Zeitkonstantensteuersignal, das die Abweichung der Momentanfrequenz des
ZF-Signals von der ZF-Trägerfrequenz
widerspiegelt, von dem Pegel des detektierten Basisband-FM-Modulationssignals
abgeleitet, das mittels eines Gleichrichters mit Tiefpaßfilterfunktionalität zum Gleichrichten
und Auswählen
des detektierten Basisband-FM-Modulationssignals,
das von dem Ausgang des FM-Detektors dem Gleichrichter zugeführt wird,
erhalten wird.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dient ein nichtlinearer Verstärker zum Verstärken des
zeitkonstanten Steuersignals mit einer nichtlinearen Verstärkung, wodurch
eine genauere Einstellung der Zeitkonstantenvariation der Stummschaltungssteuerung
auf das Auftreten von FM-Rauschen als Funktion der Abweichung der
Momentanfrequenz des ZF-Signals von der ZF-Trägerfrequenz möglich wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
eines solchen Empfängers
mit analogen Schaltkreisen umfaßt
der FM-Modulationssignalpegeldetektor
nachfolgend zwischen dem Ausgang des FM-Detektors und dem zeitkonstanten
Steueranschluß des
Tiefpaßfilters
geschaltet ein Gleichstromblockierungsfilter und den Gleichrichter.
Das Gleichstromblockierungsfilter dient zum Beseitigen einer etwaigen
Gleichstromkomponente in dem Basisband-FM-Modulationssignal, die
z.B. aus Toleranzunterschieden in den Schaltkreiselementen insbesondere
des ZF-Verstärkers entstehen
kann. In dem gezeigten Empfänger
ist der Gleichrichter mit einem Nachdetektionstiefpaßfilter
mit Mittelungsfunktion ausgestattet.
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Die
Erfindung wird nun weiter anhand eines nicht einschränkenden
Beispiels mit Bezug auf die in den beigefügten Zeichnungen gezeigten
Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
das erfindungsgemäße Verfahren
ausführenden
FM-Empfänger.
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2a–2d,
wie in einem vorbekannten FM-Empfänger eine selektive ZF-Verstärkerseitenunterdrückung eine
sich auf das Audiosignal auswirkende Stummschaltungsoperation einleiten
würde, wobei:
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2a ein
Beispiel für
eine zeitabhängige Variation
der Momentan-ZF-Modulationsfrequenz zeigt;
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2b ein
ZF-Filteransprechverhalten zeigt;
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2c die
zeitabhängige
Signalpegelvariation am Ausgang des ZF-Filters zeigt;
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2d den
Verschlechterungseffekt der Stummschaltungsoperation auf das Audiosignal zeigt.
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3a–3f zeigen
das Stummschaltungsansprechverhalten in dem FM-Empfänger von 1 gemäß der Erfindung,
wobei
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3a eine
zeitabhängige
Amplitudenvariation des detektierten Basisband-FM-Modulationssignals,
oder Audiosignals mit Gleichstromkomponente, zeigt;
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3b das
Signal von 3a ohne Gleichstromkomponente
zeigt;
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3c das
Signal von 3b nach Gleichrichtung zeigt;
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3d das
Signal von 3c nach nichtlinearer Verstärkung zeigt,
wobei das Signal als das Zeitkonstantensteuersignal verwendet wird;
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3e das
zeitabhängige
ZF-Pegelsignal ist;
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3f das
zeitabhängige
unverzerrte Audiosignal ist.
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1 zeigt
einen FM-Empfänger
zum Ausführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einem HF-Frontend 1 zum Abstimmen des Empfängers auf
ein gewünschtes
HF-FM-Signal und zum Demodulieren dieses zu einem ZF-FM-Signal,
das nachfolgend an einen selektiven ZF-Verstärker 2 angekoppelt
wird, um das ZF-FM-Signal zu wählen
und zu verstärken,
einen FM-Detektor 3 zum Detektieren des Basisband-FM-Modulationssignals
aus dem ZF-FM-Signal,
das ein FM-Stereomultiplexsignal umfassen kann, eine Stummschaltung 4 zum
Dämpfen des
Basisband-FM-Modulationssignals bei Auftreten von FM-Demodulationsrauschen
am Ausgang des ZF-Verstärkers
und einen Demultiplexer 5 zum Demultiplexen des letztendlichen
Stereomultiplexsignals, das durch das Basisband-FM-Modulationssignal
am Ausgang des FM-Detektors 3 gebildet wird, zu Links-
und Rechts-Stereosignalen, die an einem Links- und Rechts-Stereosignalanschluß L bzw.
R zur Wiedergabe in Lautsprechern (nicht gezeigt) verfügbar werden.
Der Demultiplexer 5 kann im Fall, daß der FM-Empfänger nur
Monosignale verarbeitet, weggelassen werden. Die Stummschaltung 4 kann z.B.
durch einen variablen Verstärker
oder ein variables Dämpfungsglied
gebildet werden und ist mit einem Stummschaltungssteueranschluß 4' ausgestattet,
dem ein Stumm schaltungssteuersignal zum Variieren der Dämpfung oder
Verstärkung
der Stummschaltung 4 zugeführt wird.
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Das
Stummschaltungssteuersignal wird von dem gefilterten ZF-Signal am
Ausgang des ZF-Verstärkers 2 mittels
eines ZF-Pegeldetektors 6 abgeleitet,
dem ein variables erstes Tiefpaßfilter 7 folgt.
Der ZF-Pegeldetektor 6 detektiert den Pegel des ZF-Signals
am Ausgang des selektiven ZF-Verstärkers 2, der danach
in dem variablen Tiefpaßfilter 7 gefiltert wird.
Dieses variable Tiefpaßfilter 7 umfaßt ein Tiefpaß-RC-Filterelement, das
eine Zeitkonstante und damit eine Signalverzögerung bildet, und das einen seriellen
Widerstand und einen massenverbundenen Kondensator aufweist. Der
Widerstand ist mittels eines zeitkonstanten Steuersignals variabel,
das einem zeitkonstanten Steueranschluß 7' dieses variablen Tiefpaßfilters 7 zugeführt wird.
Ein Ausgang des Tiefpaßfilters 7 wird
an einen Stummschaltungssteueranschluß 4' der Stummschaltung 4 angekoppelt. Jede
Abnahme des ZF-Signalpegels
unter einen bestimmten Schwellenwert bewirkt eine Dämpfung des Basisband-FM-Modulationssignals
in der Stummschaltung 4, die dazu führt, daß das wiedergegebene Audiosignal
stummgeschaltet wird. Die Zeitkonstante der Stummschaltungssteuerung
wird durch die Zeitkonstante des variablen Tiefpaßfilters 7 bestimmt.
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Die
bisherige Beschreibung des erfindungsgemäßen Empfängers liest auch bezüglich des
Empfängers,
der aus dem oben zitierten US-Patent 5,410,751 bekannt ist, mit
der Ausnahme, daß das dortige
Tiefpaßfilter 7 nicht
variabel ist, d.h. seine Zeitkonstante wird an einem festen Wert
gewählt.
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Die
in diesem bekannten Empfänger
auftretenden Probleme, für
die die Erfindung eine Lösung bereitstellt,
werden mit Bezug auf 2 erläutert.
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2a–c zeigt,
wie ZF-FM-Signale, die ein Modulationssignal mit Abweichungen der
momentanen Frequenz des ZF-Signals von der ZF-Trägerfrequenz bei t1 und t2 (siehe 2a),
die groß genug sind,
um die Filtersteigungsfrequenzbereiche (siehe 2b)
zu überschreiten,
zu einer periodischen Abnahme des ZF-Signalspegels am Eingang des Tiefpaßfilters 7 (2c)
führen.
Für Modulationsfrequenzen
des ZF-Modulationssignals über
der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 7 werden
diese periodischen Abnahmen durch das Tiefpaßfilter 7 blockiert, wodurch
verhindert wird, daß die
Stummschaltung 4 das Basisband-FM-Modulationssignal und/oder
das darin enthaltende Audiosignal dämpft oder stummschaltet. Für Modulationsfrequenzen
des ZF-Modulationssignals unter der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 7 werden
diese periodischen Abnahmen jedoch geglättet und zu dem Stummschaltungssteueranschluß 4' der Stummschaltung 4 weitergeleitet,
wodurch ein Dämpfen
oder Stummschalten des Basisband-FM-Modulationssignals und/oder
des darin enthaltenden Audiosignals bewirkt wird. Dies führt zu Signalverzerrungen
bei t1 und t2, wie in 2d gezeigt.
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Ein
Herabsetzen der Zeitkonstante des Tiefpaßfilters 7 würde das
Auftreten solcher Verzerrungen verhindern, würde aber gleichzeitig die Stummschaltungssteuerung
soweit verzögern,
daß auch beim
Auftreten von hörbarem
FM-Rauschen Stummschaltungsaktionen vermieden werden. Dadurch würde sich
die Gesamtrauschleistungsfähigkeit
des Empfängers
verschlechtern.
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Gemäß der Erfindung
wird die Zeitkonstante in dem Stummschaltungssteuersignal des Empfängers von 1 mit
einem zeitkonstanten Steuersignal gesteuert, das aus dem detektieren
Basisband-FM-Modulationssignal abgeleitet wird. Dazu umfaßt der Empfänger einen
Basisband-FM-Modulationssignalpegeldetektor 8,
der zwischen einem Ausgang des FM-Detektors 3 und dem zeitkonstanten Steueranschluß 7' des variablen
ersten Tiefpaßfilters 7 geschaltet
ist, um die Zeitkonstante dieses Tiefpaßfilters 7 abhängig von
dem Pegel des Basisband-FM-Modulationssignals zu variieren. In dem gezeigten
Empfänger
umfaßt
der Basisband-FM-Modulationssignalpegeldetektor 8 nacheinander
an den Ausgang des FM-Detektors 3 angekoppelt folgendes:
ein Gleichstromsperrfilter 9 zum Blockieren von Gleichstromkomponenten
in dem Basisband-FM-Modulationssignal am Ausgang des Detektors 3,
einen Gleichrichter 10 mit Tiefpaßfunktionalität zum Gleichrichten
und Auswählen
und/oder Glätten
des Basisband-FM-Modulationssignals, womit ein Signal erhalten wird,
das die Abweichung der Momentanfrequenz des ZF-Signals von der ZF-Trägerfrequenz
widerspiegelt, gefolgt von einem nichtlinearen Verstärker 11,
um eine genauere Einstellung der zeitkonstanten Variation der Stummschaltungssteuerung
auf das Auftreten von FM-Rauschen als Funktion der Abweichung der
Momentanfrequenz des ZF-Signals von der ZF-Trägerfrequenz zu erlauben.
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3a–f zeigen
die Auswirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen
auf das Stummschaltungsansprechverhalten des Empfängers von 1 ausführlicher.
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3a zeigt
eine Amplitudenvariation des detektierten Basisband-FM-Modulationssignals
bzw. Audiosignals a je nach Fall am Ausgang des FM-Detektors 3 in 1.
Dieses Amplitudenvariationssignal spiegelt die Variation der Momentanfrequenz
des ZF-Signals von der ZF-Trägerfrequenz
wider und wird dem Gleichstromsperrfilter 9 zugeführt. Dieses Gleichstromsperrfilter 9 entfernt
eine etwaige unerwünschte
Gleichstromkomponente in dem Signal a, womit das in 3b gezeigte
Signal b erhalten wird. Folglich treten unerwünschte Gleichstromkomponenten
hauptsächlich
in einer analogen Implementierung des Empfängers auf, aufgrund von Toleranzen
des Werts der verschiedenen analogen Schaltungselemente kann das Gleichstromsperrfilter 9 bei
einer digitalen Implementierung des FM-Detektors 3 weggelassen
werden.
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Das
Signal 3b wird in dem Gleichrichter 10 gleichgerichtet,
was zu einem in 3c gezeigten doppelphasengleichgerichteten
Signal 3c führt,
das den Absolutwert oder Betrag der Frequenzabweichung des Momentan-ZF-Signals
von der ZF-Trägerfrequenz
repräsentiert.
Das Signal 3c wird mit nichtlinearer Verstärkung in
dem nichtlinearen Verstärker 11 verstärkt, was
zu einem zeitkonstanten Steuersignal d (siehe 3d)
führt,
das dem zeitkonstanten Steueranschluß 7' des variablen Tiefpaßfilters 7 zugeführt wird,
um seine Zeitkonstante zu variieren. Die nichtlineare Verstärkung des
Signals 3c soll das Zeitkonstantensteuersignal d in Bezug
auf Auslenkungen der Momentanfrequenz des ZF-Signals innerhalb des
Durchlaßbandes
des selektiven ZF-Verstärkers nivellieren
und die Amplitudenvariationen dieses zeitkonstanten Steuersignals
d entsprechend Auslenkungen der Momentanfrequenz des ZF-Signals über die
Steigungsbereiche des selektiven ZF-Verstärkers hinweg, wo eine Stummschaltung
von FM-Signalen mit niedrigen Modulationsfrequenzen zu Signalverzerrungen
führt und
vermieden werden sollte, akzentuieren.
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Unter
der Kontrolle dieses zeitkonstanten Steuersignals d wird ein Ausgangssignal
e des ZF-Pegeldetektors wie in 3e gezeigt
in dem variablen Tiefpaßfilter 7 mit
einer gemäß dem Signal
d variierenden Zeitkonstante tiefpaßgefiltert. Die Signalkurven
e und d zeigen, daß bei
jeder Abnahme des ZF-Signalpegels,
die sich aus einer Filterseitenunterdrückung in dem ZF-Verstärker 2 ergibt
und zu einem Amplitudenabfall in dem Signal e führt, die Zeitkonstante des
variablen Tiefpaßfilters
vergröflert wird.
Dies führt
zu einer Verzögerung
des Stummschaltungsansprechverhaltens, womit die Stummschaltung 4 gesperrt
wird, um auf solche ZF-Signalpegelabnahmen zu reagieren. Eine Verzerrung
des Basisband-FM-Modulationssignals und des daraus abgeleiteten
Audiosignals wird damit verhindert, auch bei niedrigen Modulationsfrequenzen
des ZF-Signals.
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Die
Zeitkonstante ist für
Abweichungen der Momentanfrequenzen innerhalb des Durchlaßbandes
des selektiven ZF-Verstärkers 2 relativ
klein, so daß das
Stummschaltungsansprechverhalten zur Unterdrückung von FM-Demodulationsrauschen wachsam
gehalten wird. Das mit dem variablen Tiefpaßfilter 7 erzielte
Gesamtstummschaltungsansprechverhalten spiegelt sich in dem Signal
f wider, das ein angemessenes Fehlen eines Stummschaltungsansprechverhaltens
in Situationen zeigt, in denen die Abnahmen des ZF-Signalpegels
durch ZF-Filterseitenunterdrückung
verursacht werden.
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Es
sollte beachtet werden, daß die
Erfindung nicht auf die in 1 gezeigte
Ausführungsform
beschränkt
ist. Wie bereits erwähnt,
kann die Erfindung gut auch ohne das Gleichstromsperrfilter 9,
aber auch ohne den nichtlinearen Verstärker 11 und/oder den
Demultiplexer 5 verwendet werden.