DE886162C - Frequenzdemodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzdemodulator und kann unter anderem bei Empfängern für frequenzmodulierte Schwingungen zur selbsttätigen Frequenzregelung od. dgl. durchgeführt werden.

Gemäß der Erfindung werden die zu demodulierenden Schwingungen im Gegentakt zwei mit ihren Wellenwiderständen abgeschlossenen Verzögerungsleitungen zugeführt, an deren Abschlußwiderständen Amplitudendemodulatoren mit entgegengesetzt in Reihe geschalteten Ausgangsimpedanzen liegen, wobei der Verbindungspunkt der im Ausgangskreis des Frequenzdemodulator^ liegenden Impedanzen mit dem Eingang einer der Verzögerungsleitungen verbunden ist.

Bei einer Ausführungsform des Frequenzdemodulator nach der Erfindung, bei dem die elektrischen Längen der Verzögerungsleitungen für die mittlere Frequenz der zu demodulierenden Schwingungen untereinander gleich und gleich π/4 sind, ist es mit Rücksicht auf Verzerrung vorteilhaft, nur einen Teil der Ausgangsspannungen der Verzögerungsleitungen den Amplitudendemodulatoren zuzuführen.

Zur Erzielung großer Empfindlichkeit, wobei naturgemäß eine größere Verzerrung entsteht, können beide Verzögerungsleitungen um eine einer Phasendrehung von η · 2 π entsprechende elektrische Länge verlängert werden.

Zum Erhöhen der Demodulatorempfindlichkeit kann das Spannungsteilungsverhältnis der Spannungsteiler verschieden bemessen werden.

Zur Erzielung einer sehr geringen Verzerrung des Frequenzdemodulators ist bei einer vorteil-

haften Ausführungsforni der Erfindung die elektrische Länge der einen Verzögerungsleitung größer als π/4 (für die mittlere Frequenz) und die Länge der anderen Verzögerungsleitung kleiner als π/4, wobei die Anzapfungspunkte der die Verzögerungsleitungen abschließenden Spannungsteiler derart gewählt sind, daß die der ersten Verzögerungsleitung entnommene und dem zugehörigen Amplitudendemodulator zugeführte 'Spannung" kleiner ist als die dem anderen Amplitudendemodulator zugeführte, der zweiten Verzögerungsleitung entnommene Spannung.

Es sei bemerkt, daß die Verzögerungsleitungen als Lechersysteme oder auf andere Weise ausgebildet sein können, z. B. in Form einer Kabelnachbildung oder eines Wellenleitersystems.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. ι ein Ausführungsbeispiel eines Frequenzdemodulators nach der Erfindung darstellt und

Fig. 2 und 3 Vektordiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Frequenzdemodulators zeigen.

Nach Fig. 1 werden den Klemmen 1 zu demodulierende Schwingungen zugeführt, z. B. Zwischenfrequenzschwingungen bei einem Frequenzmodulationsempfänger, deren mittlere Frequenz z. B. 100 MHz und deren maximaler Frequenzhub 6 MHz beträgt. Diese Schwingungen werden dem Steuergitter 2 einer Zwischenfrequenzverstärkerröhre 3 zugeführt, deren Anodenkreis ein Bandfilter 4 mit einem Primärkreis 5 und einem Sekundärkreis 6 enthält, wobei diese Kreise derart abgestimmt und gekoppelt sind, z. B. gerade überkritisch, daß sich eine flache Durchlaßkurve für das Frequenzband der frequenzmodulierten Schwingungen ergibt. Eine Mittenanzapfung 7 des Sekundärkreises 6 ist geerdet. An den Enden des Sekundärkreises auftretende gegenphasige Spannungen werden Verzögerungsleitungen 8 und 9 zugeführt, die aus je einem koaxialen Kabel mit geerdetem (Außenmantel bestehen. Die Verzögerungsleitungen 8 bzw. 9 sind reflexionsfrei durch Abschlußwiderstände 10 bzw. 11 angeschlossen. An eine Anzapfung 12 des Abschlußwiderstandes 10 ist ein Gleichrichter 14 und an eine Anzapfung 13 des Abschlußwiderstandes 11 ist ein Gleichrichter 15 angeschlossen. An die Gleichrichter 14 und 15 sind durch Kondensatoren 16 bzw. 17 überbrückte, in Reihe liegende Wirkwiderstände 18 bzw. 19 angeschlossen, an denen die Demodulationsspannungen gegenphasig abfallen. Der Verbindungspunkt der Widerstände 18 und 19 und jener der Kondensatoren 16 und 17 sind mit dem Eingang der Verzögerungsleitung 8 verbunden. Zur Erzielung eines richtigen Abgleiche der Eingangskreise der Verzögerungsleitungen 8 und 9 ist der Eingang der Verzögerungsleitung 9 über ein einstellbares Abgleichnetzwerk 20 geerdet, das aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht.

Der Demodulatorausgangskreis ist im Gegentakt ausgebildet und enthält zwei in Reihe geschaltete Ausgangs widerstände 21 ■ und 22, deren Verbindungspunkt geerdet ist, und die voneinander abgewendeten Enden dieser Widerstände sind über je eine Drosselspule 23 bzw. 24 in Reihe mit je einem Kondensator 25 bzw, 26 mit den voneinander abgewendeten Enden der Widerstände 18 bzw. 19 ver» bunden.

Die so im Gegentakt an den Ausgangswiderständen 21 und 22 auftretenden demodulierten Spannungen werden Steuergittern 27 bzw. 28 zweier in Gegentakt geschalteter, als Trennverstärker wirkender Triodenverstärkersysteme 29 bzw. 30 zugeführt, die bei dem dargestellten Beispiel in einer einzigen Röhre untergebracht sind. Die Verstärkersysteme 29 und 30, deren Anoden miteinander und mit einer Klemme 31 einer Anodenspeisequelle verbunden sind, haben Einzelkathoden 32 bzw. 33 und sind als Kathodenverstärker geschaltet. Die Ausgangsimpedanzen der Verstärker 29 und 30 bestehen aus einem zwischen der Kathode 32 und Erde eingeschalteten Kathodenwiderstand 34 in Reihe mit einer kleinen Spule 35 zur Verbesserung der Frequenzkennlinie bzw. aus einem zwischen der Kathode 33 und Erde eingeschalteten Kathodenwiderstand 36 in Reihe mit einer Spule 37. Die Ausgangsspannungen der Trennverstärker treten somit in Gegentakt an den erwähnten Ausgangsimpedanzen auf.

Wenn die demodulierte Ausgangs spannung des Frequenzdemodulators eine große Bandbreite hat, z. B-. bei Verwendung des Frequenzdemodulators in einem Fernsehempfänger mit breitem Frequenzband, und die vom Frequenzdemodulator gelieferten Gegentaktspannungen als Spannungen gegen Erde benötigt werden, ist es vorteilhaft, nicht den üblichen Transformator zu verwenden, sondern die Gegentaktausgangsspannungen der Trennverstärker 29, 30 einer Vorrichtung zuzuführen, die zwei im vorliegenden Fall in einem einzigen Kolben untergebrachte Triodenverstärkersysteme 38 bzw. 39 enthält.

Hierbei wird die an der Ausgangsimpedanz 34, 35 auftretende Spannung dem Steuergitter 40 der Triode 38 zugeführt, deren Kathode über einen Widerstand 41 in Reihe mit einer kleinen Spule 42 geerdet ist. Die an der Ausgangsimpedanz 36, 37 auftretende Spannung wird der Kathode 43 der Triode 39 zugeführt, deren Steuergitter geerdet ist. Die Anoden der beiden Triodenverstärkersysteme sind parallel geschaltet und über eine gemeinsame, von einem Anodenwiderstand 44 in Reihe mit einer Spule 45 gebildete Ausgangsimpedanz mit einer Klemme 46 einer Anodenspannungsquelle verbunden.

Die in Gegentakt den Verstärkern 38 und 39 zugeführte demodulierte Spannung tritt somit gleichphasig am Anodenausgangskreis 44, 45 auf und wird zur Weiterverarbeitung im Empfänger über Klemmen 47 der Schaltung entnommen.

Da die Gegentaktausgangsspannungen der Trennverstärker 29 und 30 dem Steuergitter 40 der einen . Triode 38 bzw. der Kathode 43 der anderen Triode 39 zugeführt werden, wird die Schaltung

Unsymmetrien aufweisen. Zum Symmetrieren ist das Steuergitter 40 der Triode 38 über einen mit einem Kondensator 49 überbrückten Widerstand 48 geerdet, während die Kathode dieser Röhre über einen Widerstand 50 geerdet ist.

Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm der Spannungen, die bei dem in Fig.. 1 dargestellten Frequenzdemodulator auftreten, und zwar für den Fall, daß für die mittlere Frequenz der zu demodulierenden Schwingungen die elektrischen Längen der Verzögerungsleitungen 8 und 9 einander gleich sind und π/4 betragen. Da den Verzögerungsleitungen Gegentaktspannungen zugeführt werden, die in Fig. 2 durch die Vektoren 51 und 52 veranschaulicht sind, können bei einem Eingangssignal mittlerer Frequenz die an den Anzapfungen der Abschlußwiderstände 10 und 11 auftretenden Spannungen durch Vektoren 53 bzw. 54 dargestellt werden. Diese Spannungen stehen senkrecht auf den Spannungsvektoren 51 und 52 und sind einander entgegengesetzt gleich. Dem Gleichrichter 14 wird dann eine durch Summierung der Vektoren 51 und 53 erhaltene Spannung entsprechend dem Vektor 55 zugeführt; dem Gleichrichter 15 wird eine Spannung zugeführt, die durch den Vektor 56 dargestellt ist und der Summe der Vektoren 52 und 54 entspricht. An den Ausgangs widerständen 21 und 22 des Frequenzdemodulators treten Gleichspannungen auf, die der vektoriellen Differenz der Vektoren 55 und 56 proportional sind und im vorliegenden Fall, bei dem die empfangene Augenblicksfrequenz der mittleren Frequenz entspricht, somit gleiche Amplituden, aber entgegengesetzte Polarität haben, so daß die resultierende Ausgangsspannung des Frequenzdemodulators gleich Null ist.

Weicht die empfangene Augenblicksfrequenz von der mittleren Frequenz ab, so drehen die Vektoren 53 und 54 sich um einen bestimmten Winkel Δ φ, wie dies in Fig. 2 durch die Vektoren 53' und 54' angedeutet ist. Die den Gleichrichtern 14 und 15 zugeführten, den Vektoren 55' und 56' entsprechenden Spannungen weisen dann verschiedene Größe auf, und im Ausgangskreis des Frequenzdemodulators ergibt sich eine Ausgangsspannung.
Es tritt hierbei jedoch eine gewisse Verzerrung auf, die mit der Änderung der Winkel zunimmt, die die Vektoren 55 und 56 mit dem Vektor 52 einschließen. Die Änderung dieser Winkel mit der Frequenz und somit die Verzerrung wird um so geringer, je größer das Längenverhältnis zwischen den Vektoren 52, S3 und 54 wird. Eine Vergrößerung dieses Verhältnisses durch Wahl eines angemessenen Teilungsverhältnisses der Spannungsteiler io, 12 und 11, 13 bringt jedoch eine Verringerung der Demodulationsempfindlichkeit mit sich.

Nach einem weiteren Gegenstand der Erfindung ergibt sich ein besonders vorteilhafter Kompromiß zwischen der Empfindlichkeit des Frequenzdemodulators und der Verzerrung, wenn die elektrische Länge φ_± der Verzögerungsleitung 8, die im Vektordiagramm nach Fig. 3 durch den Winkel Cp₁ dargestellt ist, für die mittlere Frequenz der zu demodulierenden Schwingungen größer als π/4. und die Länge der Verzögerungsleitung 9, die durch den Winkel 9J₂ angedeutet ist, kleiner als π/4 bemessen wird, wobei die Anzapfungen der die Verzögerungsleitungen 8 und 9 abschließenden Spannungsteiler 10, 12 bzw. 11, 13 derart gewählt werden, daß die der Verzögerungsleitung 8 entnommene und demzugehörigen Amplitudendemodulator 14 zugeführte Spannung JE₁ (im Vektordiagramm nach Fig. 3 durch den Vektor 57 dargestellt) kleiner ist als die dem anderen Amplitudendemodulator 15 zugeführte, der Verzögerungsleitung 9 entnommene Spannung E₂ (durch den Vektor 58 dargestellt).

Vorzugsweise werden die Spannungen E₁ und E₂ (Vektoren 57 und 58) in Verbindung mit den elektrischen Längen φ_χ und φ₂ derart bemessen, daß im Vektordiagramm nach Fig. 3 die Enden der Speisespannungen der Amplitudendemodulatoren darstellenden Vektoren 59 bzw. 60 annähernd auf dem Umfang eines Kreises 61 mit dem Vektor 52 als Durchmesser liegen, wobei der Vektor 52 die dem Verbindungspunkt der Demodulatorausgangsimpedanzen 16, 18 und 17, 19 zugeführten Gegentakteingangsspannung darstellt.

Da die Winkel, welche die Vektoren 57 und 58 mit den Vektoren 59 bzw. 60 einschließen, 90° betragen, bleiben die Richtungen der Vektoren 59 und 60 bei Frequenzänderung nahezu gleich. Aus diesem Grunde erhält man eine weitgehende Beschränkung der Verzerrung.

Im vorliegenden Fall werden sich jedoch die Vektoren 57 und 58 in Abhängigkeit von der Frequenz um voneinander verschiedene Winkel Δ φ₁ bzw. Δ φ₂ drehen, was eine gewisse Unsymmetrie ergeben kann. Diese kann dadurch behoben werden, daß gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Spannungsvektoren 57 (E₁) und 58 (E₂) und die elektrischen Längen φ₁ und φ₂ derart bemessen werden, daß die Beziehung E₁ · Cp₁ = E₁ · <p₂ annähernd erfüllt ist, d. h. daß die Amplitudenänderungen der Vektoren 59 und 60 annähernd gleich und gegenphasig sind.

Benutzt man die Winkel IjJ₁ und <p₂ mit etwa 110 bzw. 50⁰ und verwendet man eine Spannung E₂, die etwa ⁵/₃ E₁ beträgt, so ergibt sich eine maximale Empfindlichkeit bei sehr geringer Verzerrung. Bei Eingangsspannungen von etwa 5 V beträgt die Empfindlichkeit etwa 0,1 V/MHz Hub, und derVerzerrungspegel infolge der Änderung der Winkel zwischen den Vektoren 60 und 59 einerseits und dem Vektor 52' andererseits nach Fig. 3 wird kleiner als — 70 db.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Frequenzdemodulator, dadurch gekenn- iao zeichnet, daß die zu demodulierenden Schwingungen im Gegentakt zwei mit ihren Wellenwiderständen abgeschlossenen Verzögerungsleitungen zugeführt werden, an deren Abschlußwiderständen Amplitudendemodulatoren mit entgegengesetzt in Reihe geschalteten Ausgangs-

   impedanzen liegen, wobei der Verbindungspunkt der im Ausgangskreis -des Frequenzmodulators liegenden Impedanzen mit dem Eingang einer der Verzögerungsleitungen verbunden ist.
2. 2. Frequenzdemodulator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen der Demodulatorempnndlichkeit die Verzögerungsleitungen ungleiche Längen Cp₁ bzw. φ₂ haben.
3. 3. Frequenzdemodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Verzögerungsleitungen ^₁ + η · 2π bzw. φ₂ + η■ · 2 π betragen, wobei η eine ganze Zahl darstellt.
4. 4. Frequenzdemodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge φ_χ der einen (ersten) Verzögerungsleitung bei der mittleren Frequenz größer als π/4 (oder, π/4 + η· 2 7t) ist und die Länge <p₂ der anderen (zweiten) Verzögerungsleitung kleiner als π/4 (oder π/4 + η · 2 π) ist, wobei die Amplitudendemodulatoren an Anzapfungen von als Spannungsteiler ausgebildetenAbschlußwiderständen angeschlossen sind und diese Anzapfungen derart gewählt sind, daß die der ersten Verzögerungsleitung entnommene und dem zugehörigen Amplitudendemodulator zugeffihrte Spannung E₁ kleiner ist als die dem anderen Amplitudendemodulator zugeführte, der zweiten Verzögerungsleitung entnommene Spannung B₂.
5. 5. Frequenzdemodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen B₁ und E₂ in Verbindung mit den elektrischen Längen φ₁ und φ₂ derart gewählt sind, daß, in einem Vektordiagramm gesehen, die Enden der die Speisespannungen der iAmplitudendemodulatoren darstellenden Vektoren annähernd auf dem Umfang eines Kreises liegen, dessen Durchmesser der Vektor der dem Verbindungspunkt der Demodulatorausgangsimpedanzen zugeführten Gegentakteingangsspannung darstellt.
6. 6. Frequenzdemodulator nach Anspruch 5) dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen B₁ und E₂ und die elektrischen Längen φ₁ und φ₂ derart bemessen sind, daß annähernd die Beziehung E₁-Cp₁ = E₂ · φ₂ erfüllt ist.
7. 7. Frequenzdemodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen φ₁ und φ₂ annähernd 110 bzw. 50° betragen und die Spannung E₂ etwa ⁵/_ä E₁ ist.
8. 8. Frequenzdemodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu demodulierenden Schwingungen über ein auf die mittlere Frequenz abgestimmtes Bandfilter im Gegentakt den Verzögerungsleitungen zugeführt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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