DE950072C - Hochfrequenz-Mischstufe - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4. OKTOBER 1956

G 12793 Villa/2ia*

Hochfrequenz-Mischstufe

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Hochfrequenz-Mischstufe, die insbesondere für die Zwischenfrequenzbildung im Ultrakurzwellen- und Dezimeterwellengebiet geeignet ist. Die Erfindung ist vorzugsweise für Überlagerungsempfänger im Ultrakurzwellen- und Dezimeterwellengebiet bestimmt und eignet sich besonders für Fernsehempfänger.

Bei Rundfunk- und Fernsehempfängern, die nach dem Überlagerungsprinzip arbeiten, werden die Empfänger von einer signalmodulierten Trägerwelle mit einer örtlich erzeugten Oszillatorwelle vorbestimmter Frequenz in einer Misch- oder Überlagerungsstufe kombiniert, um eine signalmodulierte Welle von niedrigerer Frequenz, der Zwischenfrequenz, zu erzeugen, welche leichter verstärkt und ausgesiebt werden kann als die hochfrequente Trägerwelle: Die so erzeugte Zwischenfrequenz ist eine Überlagerungs- oder Schwebungsf requenzkomponente der beiden kombinierten WeI-len, die gewöhnlich durch die Differenz zwischen der empfangenen Trägerfrequenz und der örtlich erzeugten Oszillatorfrequenz bestimmt ist.

Es sind verschiedene Methoden zur Überlagerung von Wellen verschiedener Frequenz bekannt. So kann man die empfangene, signalmodulierte Trägerspannung und die örtlich erzeugte Oszillatorausgangsspannung gleichzeitig derselben Steuerelek-

trode einer als Mischröhre bezeichneten Röhre zuführen. Dabei tritt aber leicht eine Rückwirkung zwischen dem örtlichen Oszillator und der Signalwelle auf, die sich so auswirkt, daß der örtliehe Oszillator von starken Signaleingangsspannungen synchronisiert bzw. mitgezogen wird. Im Ultrakurzwellen- und insbesondere im Dezimeterwellengebiet wir-d der örtliche Oszillator leicht überlastet, so daß die Ausgangsfrequenz unstabil ίο wird und manchmal sogar ganz ausfällt.

Eine andere Methode der Zwischenfrequenzerzeugung besteht darin, den örtlichen Oszillator und die Mischröhre zu einer einzigen Elektronenröhre mit mehreren Steuerelektroden zusammenzuziehen. Eine herkömmliche Mischschaltung dieser Art ist die sogenannte Fünfgittermischröhre. Im Ultrakurzwellen- und insbesondere im Dezimeterwellenbereich vermindert bei den zur Zeit verfügbaren Fünfgitterröhren (Heptoden) die Kapazität so zwischen den einzelnen Elektroden den Wirkungsgrad einer solchen Anordnung in solchem Grade, daß eine befriedigende Arbeitsweise nicht mehr erzielt werden kann.

Die heute sowohl durch die Praxis als auch durch staatliche Bestimmungen festgelegten Frequenzkanäle für Fernsehrundfunk erstrecken sich über einen verhältnismäßig -großen Teil des Frequenzspektrums im Ultrakurzwellen- und Dezimeterwellengebiet. Sie umfassen heute z. B. einen Bereich zwischen 54 MHz und 890 MHz. Es besteht daher das Bedürfnis für einen Frequenzumsetzer mit großem Frequenzbereich, bei dem nach Möglichkeit herkömmliche Elektronenröhren benutzt werden, wobei der Frequenzbereich das Ultrakurzwellen- und das Dezimeterwellengebiet umfassen soll.

Die Erfindung löst also die Aufgabe, einen verbesserten Frequenzumsetzer mit herkömmlichen Elektronenröhren aufzubauen, in dem ein großer Frequenzbereich der Trägerwelle mit einer örtlich erzeugten Oszillatorwelle in eine feste Zwischenfrequenz umgesetzt werden kann. Der Frequenzbereich der Empfangswelle kann dabei insbesondere von 54 MHz bis zu etwa 890 MHz reichen. Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß man mit vergleichsweise verhältnismäßig schwachen örtlich erzeugten Schwingungen auskommt und daß man eine Schaltung anwenden kann, bei der der Hochfrequenzeingangskreis einseitig geerdet ist. Weiterhin hat bei der Erfindung der Anodenwiderstand des Oszillators einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die erzeugten Zwischenfrequenzwellen.

Erfindungsgemäß ist eine Mischröhre mit Anode, Kathode und Steuerelektrode sowie mit Mitteln zur Einführung des hochfrequenten Empfangssignals zwischen der Kathode und einem Punkt festen Potentials vorgesehen, der insbesondere Erdpotential führen kann. Weiterhin ist einOszillator vorgesehen, der zwischen der Mischröhrenanode und der positiven Klemme einer Spannungsquelle liegt, deren negative Klemme auf Erdpotential liegt. Zwischen der Verbindung der Misch-_ röhrenanodc mit der Oszillatorkathode und Erde sind Filterkreise vorgesehen, um die gebildete Zwischenfrequenz herauszuführen und den weiteren Verstärkeranordnungen, z. B. dem Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehempfängers, zuzuführen.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Abb. ι zeigt ein schematisches Schaltbild, teilweise in Blockform, des· Hochfrequenzteiles eines Überlagerungsempfängers gemäß der Erfindung. Die in der Schaltung fortgelassenen Teile können in irgendeiner für Überlagerungsempfänger bekannten Art ausgeführt sein. Mit 11 ist ein Antennensystem bezeichnet, welches geeignet ist, sowohl Ultrakurzwellen als auch Dezimeterwellen aufzunehmen. Dieses Antennensystem ist mit einem Hochfrequenzverstärker 12 verbunden, welcher aus einer oder mehreren Hochfrequenzverstärkerstufen herkömmlicher Art besteht. Der Ausgang des Hochfrequenzverstärkers 12 erscheint an der Primärwicklung 13 eines Kopplungstransformators 14. Die Sekundärwicklung 15 dieses Transformators 14 ist mit einem parallel zu ihr liegenden Kondensator 16 auf die Empfangsfrequenz abgestimmt. Der Parallelresonanzkreis aus der Induktivität 15 und der Kapazität 16 ist an seinem einen Ende geerdet, und sein anderes Ende ist mit der Kathode 17 einer Mischröhre 18 verbunden.

Die Röhre 18 enthält eine Kathode 17, ein Steuergitter 19 und eine Anode 20. Das Gitter 19 ist über einen Vorspannungswiderstand 21 mit Erde verbunden. Parallel zum Widerstand 21 liegt ein Gitterkondensator 22. Die Anode 20 der Röhre 18 ist direkt mit der Kathode 23 einer Oszillatorröhre 24 verbunden.

Die Röhre 24 ist eine geeignete Hochfrequenzverstärkerröhre und enthält eine Anode 26, ein Steuergitter 25 und eine Kathode 23. Die Röhre 24 liegt in einer typischen Hochfrequenzschwingschaltung nach Art der Colpitts-Schaltung, bei der in bekannter Weise die Röhrenkapazität als Teil des Parallelresonanzkreises verwendet wird. Der Schwingkreis enthält einen Gitterwiderstand 27 zwischen dem Gitter 25 und der Kathode 23. Ein Trennkondensator 28 liegt zwischen dem Gitter 25 und dem unteren Ende des abgestimmten Schwing- _ίί0 kreises, welcher aus der Induktivität 29 und der dazu parallel liegenden Kapazität 30 besteht. Das obere Ende des Schwingkreises ist über einen weiteren Trennkondensator 31 mit der Anode 26 verbunden. Der Parallelresonanzkreis 29,30 ist mit n₅ der Röhrenkapazität der Röhre 24 auf die Oszillatorfrequenz in bekannter Weise abgestimmt. Wie durch die gebrochenen Linien angedeutet, die den Kondensator 30 mit dem Kondensator 16 verbinden, werden diese beiden Kapazitäten in bekannter Weise im Gleichlauf betätigt/ so daß die örtliche Oszillatorfrequenz stets eine vorbestimmte Frequenzdifferenz mit der Empfangsfrequenz bildet und so die erzeugte Zwischenfrequenz bestimmt. In gleicher Weise kann — wie nicht im einzelnen dargestellt — auch der Eingangskreis des Hoch-

frequenzverstärkersi2 im Gleichlauf mit den beiden anderen beschriebenen Kreisen abgestimmt werden.

Die · Anode 26 der Röhre 24 ist über eine Hoch-

f requenzdrosselspule 32 und einen Widerstand 33 mit der positiven Klemme einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, deren negative Klemme an Erde liegt. Ein Ableitkondensator 34 ist parallel zu dem Widerstand 33 nach Erde eingeschaltet, um den Gütefaktor der Spule 32 nicht durch denWiderstand 33 zu beeinträchtigen.

Während im Idealfalle die Röhren 18 und 24 so· gewählt sein sollten, daß ihre Anodenwiderstände die richtige Anodenspannung an der Mischröhre 18 erzeugen, ist es im allgemeinen notwendig, zusätzliehe Mittel zur Aufrechterhaltung der richtigen Anodenspannung der Mischröhre vorzusehen. Daher ist der Verbindungspunkt zwischen der Anode 20 und der Kathode 23 über eine Hochfrequenzdrosselspule 35 und einen Widerstand 36 an Erde gelegt. Die Spule 35 ist so bemessen, daß sie für die Zwischenfrequenzwelle eine hohe Impedanz hat. Der Widerstand 36 ist so bemessen, daß die richtige Anodenspannung an der Mischröhre 18 aufrechterhalten wird, indem er einen Gleichstromweg parallel zur Röhre 18 darstellt. Es wurde gefunden, daß in gewissen Fällen die Drosselspule 35 fortgelassen werden kann, wenn der Widerstandswert des Widerstandes 36 bei geeigneten Röhrentypen genügend groß ist, um für die ZwiscKenfrequenz für sich allein bereits eine genügend große Impedanz darzustellen.

Die Verbindung zwischen der Anode 20 und der Kathode 23 ist außerdem mit einer Hochfrequenzdrosselspule 37 verbunden, welche eine hohe Impedanz für die Oszillatorfrequenzen besitzt. Die nicht mit der Anode 20 verbundene Seite der Spule 2,7 ist mit der Primärwicklung 38 eines Ausgangstr.ansformato.rs 39 verbunden, und das freie Ende der Primärwicklung 38 ist über einen abstimmbaren Kondensator 40 mit Erde verbunden. Die Sekundärwicklung 41 des Transformators 39 ist mit dem Zwischenfrequenzverstärker 42 verbunden. • Die Primärwicklung 38 des Ausgangstransformators 39 ist zusammen mit der Ausgangskreiskapazität, die insbesondere auch den abstdmmbaren Kondensator 40 enthält, auf die Zwischenfrequenz abgestimmt, um den Signalausgang der Zwischenfrequenzverstärkerstufe 42 zuzuführen.

Der Zwischenfrequenzverstärker 42 kann aus einer oder mehreren Stufen bestehen, in denen die Zwischenfrequenz so weit verstärkt und daraufhin umgesetzt wird, daß sie ein Signal geeigneter Stärke den Video- oder Audiostufen eines Fernseh- oder Rundfunkempfängers zuführt. Im Betrieb werden mit Fernseh- oder Tonsignalen modulierte Trägerwellen des Ultrakurzwellenoder Dezimeterwellengebietes von dem Antennensystem 11 aufgenommen und durch den Hochfrequenzverstärker 12 verstärkt. Der Hochfrequenz-Verstärkerausgang wird mit Hilfe des· Transformators 14 dem Parallelresonanzkreis 15, 16 zugeführt, um die signalmodulierte Trägerwelle in die Mischröhre einzuführen. Da die Kathode 17 unter statischen Bedingungen auf Erdpotential liegt, ist.es augenfällig, daß die Spannung an der Kathode 17 gegen Erde sich im Takt des Eingangssignals ändert. Da also die Spannung an der Kathode 17 sich gegen Erde ändert, ändert sie sich in gleicher Weise gegen die Spannungen am Gitter 19 bzw. an der Anode 20. Daher ist die Leitfähigkeit zwischen Anode und Kathode der Röhre 18 gesteuert sowohl durch die Änderungen der Spannung zwischen Gitter und Kathode als auch der Spannungen zwischen Kathode und Anode, wie es das Charakteristikum der in Rede stehenden Schaltung mit Einführung der Empfangsspannungen an der Kathode ist.

Die Oszillatorschwingungen werden in üblicher Weise in der Oszillatorröhre 24 erzeugt. Wie oben beschrieben, ist im vorliegenden Falle eine Colpitts-Schaltung verwendet, doch können ebensogut andere Oszillatorschaltungen, die imstande sind, elektrische Wellen sowohl im Ultrakurzwellen- als auch im Dezimeterwellenbereich zu erzeugen, angewandt werden.

Der genaue Mechanismus, durch welchen der Ausgang des örtlichen Oszillators mit dem empfangenen Signal gemischt wird, ist bisher noch nicht durchschaut worden. Auf Grund der Schwierigkeiten, die die Messung von elektrischen Wellen im Dezimeterwellengebiet macht, konnten bisher keine exakten Werte für die in den verschiedenen Teilen der Schaltung auftretenden Frequenzen bestimmt werden. Für das Ultrakurzwellengebiet kann man annehmen, daß die Mischröhre in gewissem Maße von der Kathodenspannung der Oszillatorröhre moduliert werden kann. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß dies die Mischwirkung im Dezimeterwellengebiet 2U erklären vermag, insbesondere in der Umgebung von 900 MHz, wo die Mischimpedanz relativ niedrig ist, insbesondere für Wellen hinauf bis zur vierten Harmonischen der erzeugten Wellen. Für diesen oberen Frequenzbereich der beschriebenen Mischschaltung ist die Wirkungsweise vielleicht dadurch zu erklären, daß das empfangene Signal?an der Kathode der Oszillatorröhre auftritt und daß ein gewisser Teil der Mischwirkung bereits in der Oszillatorröhre selbst vor sich geht entsprechend bekannten Autodynprinzipien. Auf jeden Fall haben die Messungen gezeigt, daß die beschriebene Schaltung in gewünschter Weise sowohl im Ultrakurzwellengebiet als auch im Dezimeterwellengebiet als Frequenzumsetzer wirkt.

•An Hand der Abb. 1 wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei der eine ng direkte Verbindung zwischen der Mischröhrenanode 20 und der Oszillatorkathode 23 vorgesehen ist. Es wurde aber gefunden, daß bei gewissen Anwendungen der Schaltung die Streukapazität nach Erde den Oszillator bei bestimmten Frequenzen überlasten kann, so daß hier die Oszillatorausgangsspannung vermindert wurde. Wie in

Abb. 2 gezeigt, können Verluste dieser Art durch Einschaltung einer kleinen Hochfrequenzspule 50 zwischen die Anode 20 und die Kathode 23 vermindert werden. Weitere Erläuterungen zu dieser

Abwandlung der Schaltung nach Abb. ι sind nicht erforderlich, da die Schaltung sonst genau wie vorstehend geschildert ausgeführt werden kann.

Zusammenfassend sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Erfindung einen verbesserten Frequenzumsetzer zum Gegenstand hat, welcher einen im wesentlichen konstanten Mischwirkungsgrad über einen breiten Frequenzbereich besitzt. Durch die Einkopplung der Empfangswelle in die Kathode

ίο der Mischröhre hat diese Schaltung den Vorteil, daß der Bezugspunkt der Signaleingangsspannung auf Erde liegen kann. Da weiterhin die Zwischenfrequenzsignale an der Mischröhre nur gegen Erde auftreten, hat der Anodenwider stand des Oszillators praktisch keine Wirkung auf die Signalausgangsspannung. Dies sind-wesentliche Vorteile gegenüber bekannten Schaltungen, die für einen ähnlich großen Frequenzbereich bemessen sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Mischschaltung für ultrakurze und Dezimeterwellen zur Frequenzumsetzung einer empfangenen modulierten Schwingung mittels einer

   in einem Oszillator örtlich erzeugten Schwingung in einer Triode als Mischröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequente Empfangsschwingung zwischen der Kathode der Mischröhre und einem Punkt festen Potentials zugeführt wird, daß der Oszillator zwischen der Anode der Mischröhre und der gegen Erde positiven Klemme einer Spannungsquelle eingeschaltet ist, daß das Gitter der Mischröhre für die Hochfrequenz geerdet ist und daß die Zwischenfrequenz von der Anode der Mischröhre über ein Zwischenfrequenzfilter abgenommen wird.

   ^2. Mischschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Anwendung für Fernsehempfänger im UKW- und Dezimeterwellengebiet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschrift Nr. 405 019;
   deutsche Patentschrift Nr. 574 954.

   » Empfangsprobleme im Ultrahochfrequenzgebiet«

   von Matare, S. 60 und 84, Verlag Oldenbourg, München, 1951.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen