DE966898C - Frequenzdemodulator - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 19. SEPTEMBER 1957

N 9OuVIIIa/2i a*

Frequenzdemodulator

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Demodulieren frequenzmodulierter Eingangsschwingungen, die einen Amplitudenbegrenzer und darauffolgend einen Gegentaktfrequenzdemodulator mit zwei Resonanzkreisen, zwei Gleichrichtern, denen von diesen Kreisen abgeleitete Spannungen gleichphasig und in Gegentakt zugeführt werden, und ein für diese Gleichrichter gemeinsames Ausgangsfilter enthält, über dem das demodulierte· Signal erzeugt wird.

Bekannte Begrenzer, wie z. B. ein solcher, der aus der zu einem Schwingungskreis parallel liegenden Reihenschaltung eines Gleichrichters und eines i?C-Gliedes hoher Zeitkonstante besteht, erlauben nur eine verhältnismäßig geringe Herabsetzung einer störenden Amplitudenmodulation, was in vielen Fällen als ungenügend empfunden wird und daher verbessert werden muß.

Zur Unterdrückung störender Amplitudenmodulation ist auch das Verfahren der sogenannten ao AM-Gegenmodulation bekannt, wobei eine durch AM-Demodulation erhaltene Spannung den ZF-Vorröhren oder einer NF-Verstärkerröhre zur Verstärkungsänderung zugeführt wird. Derartige Schaltungen haben den Nachteil, daß eine vollständige Unterdrückung prinzipiell nicht möglich

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ist, da ja stets aus der restlichen Amplitudenmodulation die Gegenmodulationsspannung abgeleitet werden muß. Man kann diese restliche Amplitudenmodulation aber auch nicht beliebig klein machen, und eine AM-Unterdrückung ist nur in beschränktem Umfang möglich, insbesondere weil bei stärkerer Gegensteuerung der ZF-Vorstufen die Gefahr besteht, daß im Gegenmodulationskreis Selbsterregung eintritt bzw. weil bei Steuerung der NF-Ver-Stärkung sehr leicht unerwünschte Verzerrungen zusätzlich entstehen.

Es ist auch eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der parallel zum Eingangskreis des Diskriminators eine von der störenden Amplitudenmodulation gesteuerte Dämpferröhre liegt, durch die der Ausgangswiderstand der den Eingangskreis speisenden Verstärkerröhre geändert und dadurch die Ausgangsspannung etwa konstant gehalten wird. Eine solche Anordnung erfordert, wie auch die Anao Ordnungen zur AM-Gegenmodulation, einen erheblichen Aufwand, was sie für die Praxis wenig geeignet macht. Es ist ferner bekannt, die unerwünschte Amplitudenmodulation durch Anwendung eines Kompensatiotisverfahrens vor dem Demodulator zu beseitigen.

Bei der eingangs erwähnten Schaltungsanordnung zum Demodulieren frequenzmodulierter Schwingungen erhält man mit Hilfe einfacher, stabil arbeitender und leicht abgleichbarer Mittel eine vorzügliche Begrenzung, wenn gemäß der Erfindung zur weiteren Herabsetzung der Empfindlichkeit des demodulierten Signals für unerwünschte Amplitudenmodulation der Eingangsschwingung die Amplitudenmodulation der vom Begrenzer abgeleiteten Gleichphasen- und Gegentaktspännungen gegenseitig entgegengesetzte Vorzeichen erhalten. Dabei erfolgt durch Gegeneinanderschaltung von Schwingungen gleicher Frequenz, aber verschiedener Amplitude und mit verschiedenen Stör-AM-Anteilen eine vollständige Kompensation der Amplitudenmodulation. Da dies auf der HF- bzw. ZF-Seite vorgenommen wird und kein Regelkreis Anwendung findet, sind Instabilitäten oder zusätzliche Verzerrungen und. ähnliche Nachteile bekannter Anordnungen vermieden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. ι ein i\usführungsbeispiel, Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Abart der Schaltung nach Fig. 1, Fig. 4 eine weitere Abart der Schaltung nach Fig. ι und

Fig. 5 wieder eine andere Abart der Schaltung nach Fig. 1 darstellen.

In Fig. ι werden die im Ausgangskreis eines Zwischenfrequenzverstärkers 1 erzeugten frequenzmodulierten Eingangsschwingungen über einen Begrenzer 2 einem Gegentaktfrequenzdemodulator 3 zugeführt, der. einen Primärresonanzkreis 4, einen Sekundärresonanzkreis 5, zwei Gleichrichter 6 und 7 und ein Ausgangsfilter 8 enthält, über dem das demodulierte Signal in bekannter Weise dadurch erzeugt wird, daß die Spannung am Primärkreis 4 über eine mit diesem starr gekoppelte tertiäre Wicklung 9 gleichphasig und die Spannung am Sekundärkreis 5 in Gegentakt den Gleichrichtern 6 und 7 zugeführt werden.

Das demodulierte Signal ist gleich Null, also unempfindlich für die unerwünschte Amplitudenmodulation der Eingangsschwingungen, bei der Mittelfrequenz f₀ der Eingangsschwingungen, bei der die erwähnten Gleichphasen- und Gegentaktspännungen gegenseitig um 90⁰ in der Phase verschieden sind; bei einem Frequenzhub der Ein- ^ gangsschwingungen ändert sich aber das erzeugte demodulierte Signal in üblichen Schaltungen in proportionalem Verhältnis zur Amplitudenmodulation der Eingangsschwingungen, so daß man diese Amplitudenmodulation vorher mittels eines Begrenzers möglichst zu unterdrücken sucht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es auf einfache Weise möglich ist, bei Anwendung .eines nichtidealen Begrenzers die verbleibende Amplitudenmodulation dadurch unwirksam zu machen, daß vom Begrenzer derartige Spannungen abgeleitet werden, daß die Amplitudenmodulation der über die Wicklung 9 gleichphasig den Gleichrichtern 6 und 7 zugeführten Spannung P (s. Fig. 2) entgegengesetzt zur Amplitudenmodulation der _go über den Kreis 5 im Gegentakt den Gleichrichtern 6 und 7 zugeführten Spannungen ,S" ist (s. Fig. 2).

Zu diesem Zweck ist in Fig. 1 eine induktive Kopplung zwischen den Kreisen 4 und 5 vermieden, und im Ausgangskreis des Verstärkers 1 liegt ein ₉j kleiner Widerstand 15, dessen Spannung über einen kleinen Kondensator 16 einem der Enden 17 oder gewünschtenfalls einer Anzapfung (nicht dargestellt) der Induktivität des Kreises 5 zugeführt wird. Der Wickelsinn der Wicklung 9 ist dabei derart, daß zwischen dem Ende 17 und der Mitte 18 des Sekundärkreises 5 eine Spannung S (s. Fig. 2) mit frequenzabhängiger Phasenverschiebung erzeugt wird, deren Amplitude proportional zum Unterschied zwischen der Spannung P (s. Fig. 2) an der Wicklung 9 und der Spannung H am Wider stand 15 ist (wobei man beachte, daß die unteren Enden der Wicklung 9 und des Widerstandes 15 für die Frequenz der Eingangsschwingungen gegenseitig durchverbunden sind).

Da infolge des Begrenzers 2 die Spannung P an der Wicklung 9 weniger tief amplitudenmoduliert ist als die Spannung H am Widerstand 15, ist eine Einstellung möglich, bei der bei Zunahme der Spannung H um einen Betrag h (in Fig. 2 übertrieben dargestellt), die SpannungP, die höher als die SpannungH ist, um einen Betrag/», kleiner als k, zugenommen hat, so daß also die Spannung 5¹ um einen Betrage abnimmt, mit anderen Wo'rten eine Einstellung, bei der die Amplitudenmodulation der Spannungen P und 6* entgegengesetzte Vorzeichen besitzen. Gegebenenfalls muß dabei der Widerstand 15 zwecks genauer Einstellung der Phase der Spannungen P und JT von einem kleinen Kondensator 14 überbrückt werden.

Folglich werden den Gleichrichtern 6 und 7 re-

sultierende Spannungen^' und B' statt A und B zugeführt, wobei die Längenzunahm.en A'-A und B'-B bei richtiger Bemessung gleich groß gewählt werden können, so daß in den entsprechenden Spannungen über dem Ausgangsfilter 8 diese Zunahmen einander gerade ausgleichen. Zu diesem Zweck muß

der Berechnung nach die Bedingung — = -^- erfüllt

werden; diese Bedingung gilt praktisch unabhängig

ίο von Frequenzhub- der Eingangsschwingungen. Wird dagegen die Durchlaßrichtung der Gleichrichter 6 und 7 oder die des Gleichrichters io oder aber der Wickelsinn der Wicklung g umgekehrt, so übt auch die Verzerrung der Spannung über dem Kreis 4 einen wesentlichen Einfluß auf die Amplitudenmodulation der Spannungen A und B an den Gleichrichtern 6 und 7 aus; in diesem Falle hat die obenerwähnte Bedingung keine Gültigkeit mehr.

In Fig. 3 ist eine andere Art dargestellt, auf welche die Amplitudenmodulation der den Gleichrichtern 6' und 7' in Gegentekt zuigeführten Spannungen S entgegengesetzt zu der der den Gleichrichtern 6' und 7' gleichphasig zugeführten Spannung P gemacht wird. Zu diesem Zweck ist wieder eine induktive Kopplung zwischen Kreisen 4 und 5 vermieden, und der Begrenzer 2 ist von an sich bekannter Art, bei der parallel zum Primärkreis ein Gleichrichter 10, in Reihe mit einem -RC-Filter 11 mit einer größeren Zeitkonstante als die Periode der niedrigsten Modulationsfrequenz, geschaltet wird. Die Spannung P an der Tertiärwicklung 9 wird wieder der Mitte 18 und die an einem in Reihe mit dem i?C-Filter 11 liegenden kleinen Widerstand 12 erzeugte Spannung H wird über einen kleinen Kondensator 13 einer Anzapfung 19 des Kreises 5 zugeführt, so daß über dem Kreis 5 wieder zum Unterschied zwischen den Spannungen P und H proportionale Spannungen S erzeugt werden. Da wieder die erstgenannte Spannung P höher, aber weniger tief amplitudenmoduliert als die Spannung H ist, können wieder Spannungen S erzielt werden, deren Amplitudenmodulation derjenigen von P entgegengesetzt ist, so daß bei richtiger Bemessung die über dem Ausgangsfilter 8 erzeugte demodulierte Spannung für diese Amplitudenmodulation unempfindlich wird.

In Fig. 4 ist eine Schaltanordnung dargestellt, bei der die Amplitudenmodulation der den Gleichrichtern 6' und 7' gleichphasig zugeführten Span- nung entgegengesetzt zu derjenigen der den Gleichrichter 6' und 7' in Gegentakt zugeführten Spannungen gemacht wird. Die letztgenannten Spannungen werden über einem vom Begrenzer 2 überbrückten Primärresonanzkreis 22 erzeugt, der mit einer im Ausgangskreis des Verstärkers 1 liegenden Wicklung 23 fest gekoppelt und mit einem Sekundärresonanzkreis 24 ungefähr kritisch gekoppelt ist. Der Kreis 24 liegt zwischen der Mitte des Ausgangsfilters 8 und der Mitte des Kreises 22, und letzterem Punkt wird gleichzeitig über einen kleinen Kondensator 25 die Spannung über einem im Ausgangskreis des Verstärkers 1 liegenden kleinen Widerstand 26 zugeführt. Diese kleinere Spannung hat eine größere Modulationstiefe als die von der Kopplung mit dem Kreis 22 über dem Kreis 24 erzeugte höhere Spannung und ist gegenphasig mit dieser, so daß der Unterschied zwischen diesen Spannungen, der den Gleichrichtern 6' und 7' gleichphasig zugeführt wird, eine zur Amplitudenmodulation der Spannung über dem Kreis 24 entgegengesetzte Amplitudenmodulation aufweist, so daß wieder durch richtige Bemessung das über dem Filter 8 erzeugte demodulierte Signal für diese Amplitudenmodulationen unempfindlich werden kann.

Es wurde festgestellt, daß mit den beschriebenen Schaltanordnungen besonders gute Amplitudenmodulationsunterdrückungsfaktoren, z. B. 60 bis 70, erzielt werden können und die Schaltanordnungen sehr wenig empfindlich für Toleranzen der verwendeten Schaltelemente, insbesondere der Gleichrichter, sind. Dies ist im Gegensatz z. B. zu einem Verhältnisdemodulator, gegenüber dem außerdem als Vorteile gelten, daß das Ausgangssignal bei gleicher -Bandbreite um einen Faktor .2 höher ist, und daß auch für hohe Zwischenfrequenzen, z. B. 33 MHz, unter Verwendung von einfachen Spulen ein Demodulator mit geringer Bandbreite, z. B. 200 kHz, verwirklichbar ist, da bei einem Verhältnisdemodulator zwecks einer guten Amplitudenmodulationsunterdrückung die Eigendämpfung des Sekundärkreises klein gegenüber der von den Gleichrichtern bewirkten Dämpfung sein muß, so daß die Bandbreite des Sekundärkreises immer verhältnismäßig groß ist. Aus demselben Grunde ist bei den vorliegenden Schaltungsanordnungen der Begrenzer 2 immer parallel zu dem Kreis 4 bzw. 22 und nicht parallel zu dem Kreis 5 bzw. 24 geschaltet.

Es ist einleuchtend, daß auch andere Begrenzer verwendbar sind, z. B. ein Gitterstrombegrenzer 28 wie in Figf 5 dargestellt, wobei dann die kleine Spannung H mit der großen Modulationstiefe dem Begrenzereingangskreis 29 entnommen werden kann. Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist dann im übrigen ähnlich derjenigen nach Fig. i.

Bei einer praktischen Ausführungsform hatten die Schaltelemente z. B. nach Fig. 1 folgende Werte:

Filter 8 = 2 χ 82 kOhm, 2 X 56 pF, Filter 11 = 47 kOhm und S μ¥, Widerstand 15 = 1 bis S kOhm, Kondensator 16 = 6,8 pF, Unterdrükkungsfaktor des Begrenzers 2 = 6- bis iomal, Spannung P über der Wicklung 9 = Spannung ,5* über jeder Hälfte des Kreises 5 = Vsmal die Spannung über dem Kreis 4 = 3- bis 5mal die Spannung über dem Widerstand 15, Gesamtunterdrückungsfaktor = mehr als 5omal.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltungsanordnung zum Demodulieren frequenzmodulierter Eingangsschwingungen, die einen Amplitudenbegrenzer und darauffolgend einen Gegentaktfrequenzdemodulator mit zwei Resonanzkreisen, zwei Gleichrichtern, denen

   von diesen Kreisen abgeleitete Spannungen gleichphasig und in Gegentakt zugeführt werden, und ein für diese Gleichrichter gemeinsames Ausgangsfilter enthält, über dem das demodulierte Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Herabsetzung der Empfindlichkeit des demodulierten Signals für unerwünschte Amplitudenmodulation der Eingangsschwingung die Atnplitudenmodulationen der vom Begrenzer abgeleiteten Gleichphasen- und Gegentaktspannungen gegenseitig entgegengesetzte Vorzeichen erhalten.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer der beiden erwähnten Spannungen gegenphasig mit einer dem Begrenzerausgang entnommenen Spannung eine kleinere Spannung mit größerer Amplitudenmodulationstiefe zugefügt wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, daao durch gekennzeichnet, daß der Begrenzer der an sich bekannten Art ist, wobei parallel zum Primärkreis ein Gleichrichter, in Reihe mit einem .RC-Filter mit einer größeren Zeitkonstante als die Periodendauer der niedrigsten Modulationsfrequenz, geschaltet ist, und die erwähnte Spannung mit größerer Modulationstiefe über einer nicht vom Begrenzer überbrückten Impedanz erzeugt wird.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 mit nichtinduktiv gekoppelten Resonanzkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Primärkreis dieser Resonanzkreise erzeugten Spannungen über eine Kopplungswicklung der Mitte (18) und die erwähnte kleinere Spannung mit größerer Amplitudenmodulationstiefe einem anderen Punkt (17 bzw. 19) des Sekundärkreises dieser Resonanzkreise zugeführt wird.
5. 5. S chaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Impedanz (12) in Reihe mit dem erwähnten .RC-Filter liegt (Fig. 3).
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an dem Primärkreis der erwähnten Resonanzkreise und diejenige an dem mit ihm induktiv gekoppelten Sekundärresonanzkreis in Gegentakt bzw. gleichphasig den erwähnten Gleichrichtern zugeführt wird und die erwähnte kleinere Spannung mit größerer Modulationstiefe dem Verbindungspunkt der Primär- und Sekundärkreise zugeführt wird (Fig. 4).
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Amplitudenänderungen (p und s) der erwähnten Gleichphasen- und ,Gegentaktspannungen (P und S) ein gegenseitiges Verhältnis praktisch gleich der dritten Potenz des Quotienten der Spannungen (P und S) aufweisen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 834 865;
   USA.-Patentschriften; Nr. 2 379 688, 2 383 847, 379 764, 2 286 442.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   © 605 507/229 4.56 (709 681/ff 9.57)