DE1050395B

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Publication number: DE1050395B
Application number: DE1957S0055683
Authority: DE
Priority date: 1957-10-28
Filing date: 1957-10-28
Publication date: 1959-02-12

Description

BUN

Die Erfindung betrifft einen stetig abstimmbaren Frequenzumsetzer, insbesondere Überlagerungsempfänger mit hoher Treffsicherheit der Frequenzeinstellung durch Verwendung eines quarzstabilisierten Oberwellenspektrums unter Vermeidung von abstimmbaren Filtern in den umgesetzten Frequenzlagen und mit eingriffiger Bedienung (grob und fein).

Für diese Aufgabe ist eine Lösung bekannt, welche an Hand des Sahaltschemas von Fig. 1 erläutert wird.

Das von der Antenne 11 aufgenommene Empfangsband und ein Teil des in der quarzstabilisierten Anordnung 12 gebildeten Oberwellenspektrum eines Quarzes werden mittels eines gemeinsamen, durcihstinimbaren Oszillators^ 13 je in eine erste Zwischenfrequenzilage oberhalb des Ernpfangsbandes umgesetzt (Mischstufen A₁ und B₁). Die umgesetzten Empfangssignale durchlaufen dätui ein Filter 14, dessen Breite mindestens dem Oberwellenabstand des Oberwellen-Spektrums entspricht, während das umgesetzte Oberwellenspektrum selbst einem so schmalen Filter 15 zugeführt wird, daß nur eine Oberwelle durchgelassen wird.

Das in der Mischstufe A₁ umgesetzte und durch das Filter 14 herausgesiebte Empfangsband und die in der Mischstufe B₁ umgesetzte und durch das Filter 15 herausgesiebte Oberwelle des Oszillators 12 werden miteinander gemischt (Mischstufe C₁) und ergeben eine Zwisohenfrequenz in tiefer Frequenzlage, in der mittels eines Interpolationsoszillators 16 die Signale in der Mischstufe 19 in eine feste endgültige Frequenzlage umgesetzt werden (Klemme 10).

Diese bekannte Lösung weist erhebliche Nachteile auf:

1. Vor der letzten Umsetzung in der Mischstufe 19 mittels des Interpolationsoszillators 16 muß ein scharfes (mehrkreisiges) Filter 17 vorgesehen werden, welches durchstimmbar ist und dessen Abstimmung in Abhängigkeit bzw. im Gleichlauf mit dem Interpolationsoszillator 16 durchgeführt wird.

2. Um in der ersten (Ihohen) ZF-Lage eine ausreichende Nebenwellendampfung der umgesetzten Oberwelle aus dem Oberwellenspektrum zu ermöglichen, muß ein relativ großer Oberwellenabstand vorausgesetzt werden, d. h., die Grundfrequenz des Oberwellenspektrums muß relativ hoch sein (z. B. 1 MHz). Dies ist einmal nachteilig, weil der Interpolationsoszillator 1 b einen Frequenzbereich von der Größe der Grundfrequenz aufweisen muß (z. B. 1 MHz), was für seine Einstellgenauigkeit nachteilig ist. Da andererseits der durchstimmbare Oszillator 13 in Stufen abzustimmen ist, die der Grundfrequenz des Oberwellenspektrums entsprechen, und da vor der

^ : S 2.

Stetig abstimmbarer Frequenzumsetzer,

insbesondere Uberlagerungsempfänger

- ras j) f-: test

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Dieter Leypold, München-Solln, und Peter Schucht, München, sind als Erfinder genannt worden

ersten Umsetzung des Empfangsbandes wenigstens eine grobe Vorselektion (z. B. in Form eines einzelnen abgestimmten Kreises 18) notwendig ist, so ergibt sich, daß eine eingriffige Bedienung von Vorselektion und durchstimmbaren Oszillator nur mit erheblichem Aufwand durchführbar ist.
Es ist bekannt, daß zur Vermeidung des zuletzt erwähnten Nachteiles die Schaltung nach Fig. 1 sich auch so durchbilden läßt, daß die erste Umsetzung des Empfangsbandes und die des Oberwellenspektrums in eine Frequenzlage unterhalb des Empfangsbereichs gelegt wird. In diesem Fall kann zwar eine tiefere Rastergrundfrequenz (z. B. 100 kHz) benutzt werden, aber diese Umsetzung in eine erste tiefe Frequenzlage hat andere schwerwiegende Nachteile zur Folge, auf die weiter unten näher eingegangen wird.

Eine weitere bekannte Lösung für die genannte Aufgabe ist in Fig. 2 schematisch, dargestellt. Diese Lösung arbeitet in folgender Weise:

Das von der Antenne 21 zugeführte Empfangsband und das von der quarzstabilisierten Oszillatoranordnung 22 gelieferte Oberwellenspektrum werden nach Durchlaufen je einer abstimmbaren Vorselektion 28 bzw. 29 mittels des gemeinsamen, durchstimmbaren Oszillators 23 in je eine erste ZF-Lage unterhalb des

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Empfangsbandes umgesetzt (Mischstufen^₂ und B₂). Die umgesetzten Empfangssignale durchlaufen dann ein Filter 24, dessen Breite mindestens dem Oberwellenabstand des Oberwellenspektrums (Oszillator 22) entspricht, während das umgesetzte Oberwellen-Spektrum selbst einem so schmalen Filter 25 zugeführt ist, daß nur eine Oberwelle durdhgelassen wird. Daran anschließend wird die herausgesiebte Oberwelle des Oberwellenspektrums mit eimern Interpolationsoszillator 26 moduliert (Mischstufe C₂) und die sich daraus ergebende veränderbare Frequenz über ein Filter 27 mit den umgesetzten Empfangssignalen gemischt (Misahstufe D₂), wobei sich eine endgültige feste Zwischenfrequenz ergibt (Klemme 20).

Auch diese bekannte Lösung ist mit Nachteilen verbunden, die die praktische Anwendung sehr behindern. Die erste tiefe Zwischenfrequenz ermöglicht zwar eine verhältnismäßig tiefe Rastergrundfrequenz (z. B. 100 kHz). Dies wird aber mit der Notwendigkeit erkauft, zur Spiegelwellenunterdrückung durchstimmbare Vorselektionskreise 28 und 29 vorzusehen, die im Gleichlauf mit dem durchstimmbaren Oszillator 23 abzustimmen sind. Dies bedeutet auf der Seite des Oberwellenspektrums, abgesehen vom Aufwand, keine besonderen Schwierigkeiten. Dagegen muß bei der Vorselektion 28 auf der Seite der Empfangssignale als erschwerend berücksichtigt werden, daß einerseits ein Frequenzband von etwa der Breite der Rastergrundfrequenz übertragen werden muß und daß andererseits der Spiegelwellenabstand wegen der tiefen Zwisohenfrequenzlage sehr gering ist. Man hat bisher diese Schwierigkeiten nur dadurch umgehen können, daß durch einen zusätzlichen Bedienungsgriff eine scharfe Abstimmung der Vorselektion 28 erfolgt.

Ein weiterer Nachteil der tiefen ZF-Lage bei der Schaltung nach Fig. 2 ist dadurdh bedingt, daß die Frequenzvariation der Vorselektion 28 und des durchstimmbaren Oszillators 23 sehr groß ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, Wellensahalter und mehrere Skalen zu verwenden. Außerdem muß als nachteilig angesehen werden, daß der Empfangsfrequenzbereich nach tiefen Frequenzen dadurch beschränkt ist, daß er nicht über die Zwischenfrequenz reichen darf, welche aber zur Erzielung einer möglichst guten Spiegelwellendämpfung möglichst hoch gewählt werden muß.

Außerdem erfordert die Einmischung C₂ des Interpolationsoszillators 26 in der tiefen Zwischenfrequenz-Iage (also einer Frequenzlage in der gleichen Größenordnung wie die Frequenz des Interpolationsoszillators), daß mindestens eines der Filter der tiefen ZF-Lage (Filter 24 bzw. 27) im Gleichlauf mit dem Interpolationsoszillator 26 mit abgestimmt wird.

Die an Hand von Fig. 2 erläuterte Schaltung ist auch in der Art bekanntgeworden, dall zur Realisierung einer sehr tiefen Rastergrundfrequenz (z. B. 10 kHz), das heißt eines so feinstufigen Oberwellenspektrums, daß eine Heraussiebung der Oberwellen mittels des Filters 25 in Fig. 2 nicht möglich ist, nach der ersten Umsetzung in einer ZF-Lage unterhalb des Empfangsbandes eine zweite Umsetzung in eine noch tiefere Frequeruzlage mittels eines fest abgestimmten Oszillators sowohl für das Oberwellenspektrum als auch für das Frequenzband erfolgt. An den obenerwähnten Nachteilen der Schaltung nach Fig. 2 ändert sich dadurch jedoch nichts wesentliches. Außerdem ist diese Schaltung nur sehr schwer zu realisieren, weil in diesem Fall an die Frequenzkonstanz des durchstimmbaren Oszillators 23 ungewöhnlich hohe Forderungen" gestellt werden müssen.

Die Erfindung, welche einen stetig abstimmbaren Frequenzumsetzer, insbesondere einen Überlagerungsempfänger mit hoher Treffsidherheit der Frequenzeinstellung durch Verwendung eines quarzstabilisierten Oberwellenspektrums betrifft, unter Vermeidung von abstimmbaren Filtern in den umgesetzten Frequenzlagen und mit eingriffiger Bedienung (grob, fein), \rermeidet die erwähnten Nachteile der bekannten Lösungen durch die gleichzeitige Anwendung der folgenden Merkmale, die an Hand des in der Fig. 3 schematisch dargestellten Schaltbildes erläutert werden: Das von der Empfangsantenne an die Klemme 31 gelieferte Empfangsband und das von der quarzstabilisierten Anordnung 32 gelieferte Oberwellenspektrum werden mittels eines gemeinsamen, durchstimrnjiaiien_05zillatörs^3_in je ejne_erste_- Zwiscnenfrequenzlage oberhalb des. .Empiangsbandes umgesert"/>---(Mts"clisfufen A₃ und B₃). Die umgese^en~EnTpiangssignale durchlaufen dann ein Filter 34, dessen Breite mindestens dem Oberwellenabstand des Oberwellenspektrums entspricht, während das umgesetzte Oberwellenspektrum selbst einem so schmalen Filter 35 zugeführt wird, daß nur ein kleiner Teil des Oberwellenspektrums durchgelassen wird.

Daran anschließend werden das herausgesiebte Empfangsband und die herausgesiebten Oberwellen mittels eines gemeinsamen, fest abgestimmten Oszillators 1 in je eine tiefe Frequenzlage umgesetzt (Mischstufen E₃ und F₃), in der sowohl die Empfangssignale als auch die gewünschte Oberwelle je ein schmales Filter 4 bzw. 5 durchlaufen. Dabei wird die Frequenz des fest abgestimmten Oszillators 1, soweit sie für die Transponierung der Empfangssignale benutzt wird, vorher mit der Frequenz eines um den Abstand zweier Oberwellen des Oberwellenspektrums veränderbaren Interpolationsoszillators 36 moduliert (Mischstufe G₃), so daß die zur Transponierung der Empfangssignale benutzte Frequenz um den gleichen Betrag variabel ist.

Zwischen den Misdhstufen E₃ und G_il liegt ein fest abgestimmtes Filter 2 mit einer Bandbreite entsprechend dem Abstand zweier Oberwellen des Oberwellenrasters, wodurch die bei der Mischung in G₃ entstehenden unerwünschten Nebenwellen unterdrückt werden.

Die ausgesiebten Empfangssignale werden anschließend mit der ausgesiebten Oberwelle des Oberwellenspektrums moduliert (Mischstufe C₃). Daraus ergibt sich eine dritte Zwischenfrequenz (Klemme 30). Dabei fällt die Frequenzungenauigkeit des durchstimmbaren, 33, und des festen Oszillators, 1, heraus, und die Frequenzkonstanz dieser endgültigen ZF ist — außer von der Frequenzkonstanz des zu empfangenden Senders — nur noch von der Frequenzkonstanz der benutzten Oberwellen 32 und des Interpolationsoszillators 36 abhängig.

Ein besonderer Vorteil der erfindun'gsgernäßen Schaltung gegenüber den erwähnten bekannten Schaltungen ergibt sich daraus, daß sich die Frequenzen des fest abgestimmten Oszillators 1 und des Interpolationsoszillators 36 um etwa eine Größenordnung unterscheiden. Nur dadurdh ergibt sich die Möglichkeit, den Interpolationsoszillator einzufügen, ohne daß in irgendeiner ZF-Lage abstimmbare Filter erforderlich sind.

Die Verwendung einer ersten ZF-Lage oberhalb des Empfangsbereiches ergibt zunächst den (an sich

Claims

bekannten) Vorteil, daß zur Spiegelwellenunterdrückung ein einfädler Tiefpaß in der Antennenzuleitung oder — zur gleichzeitigen Berücksichtigung anderer empfangstechnischer Gesichtspunkte — ein einzelner HF-Kreis genügt. Da andererseits als Folge der zweiten Umsetzung in eine tiefere Frequenzlage ein feinstufiges Oberwellenspektrum (das heißt eine tiefe Rastergrundfrequenz) möglich ist, so ergibt sich der weitere wesentliche Vorteil, daß -der einzelne HF-Kreis in der Antennenzuleitung so breitbandig sein kann, daß er ohne besondere Schwierigkeiten zur Erzielung einer eingriffigen Abstimmung mit der Abstimmung des (in Stufen) durchstimmbaren Oszillators 33 gekuppelt werden kann. Eine zusätzliche Feinabstimmung der Vorselektion, wie sie z. B. bei der bekannten Schaltung nach Fig. 2 notwendig ist, entfällt hierbei.

Da bei einer ersten ZF-Lage oberhalb des Empfangsbereiehs nur eine kleine Frequenzvariation des Oszillators 33 (weniger als 1:2 erforderlich ist, um einen großen Empfangsbereich (z. B. 1 : 20) zu überbrücken, so kann in einem einzigen Bereicli ohne Verwendung eines Wellenschalters durchgestimmt werden. Um die Abstimmung des Vorkreises 37 in der Antennenzuleitung mit der Abstimmung des durchstimmbaren Oszillators zu kuppeln, ist es erwünscht, auch den Vorkreis 37 mit einer großen Frequenzvariation (z. B. 1 : 20) in einem Bereich ohne Verwendung eines Wellenschalters abzustimmen. Gemäß einer vorteilhaften' Durchbildung der Erfindung wird daher der Vorkreis 37 aus einem Drehkondensator in Verbindung mit einem Variometer aufgebaut, deren Variationen gleichzeitig erfolgen. Der Verwendung von Variometern bei abgestimmten Kreisen mit Gleichlaufforderungen und großem Variationsbereich steht im allgemeinen die geringe Fabrikationsgenauigkeit von Variometern entgegen. Da jedoch bei dem hier vorliegenden Fall die Anforderungen an . die Gleichlaufgenauigkeit verhältnismäßig gering sind, so ist es ohne besondere Schwierigkeiten möglich, eine gleichzeitige Variation von Kapazität und Induktivität beim Vorkreis 37 durchzuführen.
■—-©er Frequenzumsetzer nach Fig. 3 ist nicht nur als Empfänger, sondern auch als Sender, z. B. als Steuersender, verwendbar. Die in Fig. 3 beispielsweise dargestellte Schaltung eines Frequenzumsetzers kann in der Weise als Steuersender angewandt werden, daß die in einer tiefen Frequenzlage aufbereitete Nachricht an Klemme 30 zugeführt wird und in der Endfrequenzlage an Klemme 31 abgegeben wird.

Besondere Vorteile ergeben sich durch Verwendung des Frequenzumsetzers gemäß der Erfindung für Sende-Empfangs-Geräte. In diesem Fall können die Filter und Modulatoren sowohl für den Sender als auch für den Empfänger ausgenutzt werden.

Um die Filter 4 und 5 schmalbandig ausführen zu können, ist es notwendig, die Frequenzkonstanz und Einstellgenauigkeit des durchstimmbaren Oszillators 33 entsprechend groß zu wählen, wodurch jedoch die Bedienung erschwert und der Aufwand für den durchstimmbaren Oszillator 33 verhältnismäßig groß wird.

Dies kann z. B. dadurch vermieden werden, daß hinter Filter 5 ein Frequenzdiskriminator vorgesehen wird, dessen Ausgangsspannung in an sich bekannter Weise eine Nachstimmeinrichtung zur selbsttätigen Nachstimmung des durchstimmbaren Oszillators 33 steuert. In Verbindung damit kann gegebenenfalls eine Wobbeleinrichtung angewendet werden, welche die Frequenz des durchstimmbaren Oszillators 33 etwa um den Oberwellenabstand des Oberwellen-

spektrums nach jeder Seite so lange wobbelt, bis der Wirkungsbereich der selbsttätigen Frequenznachstimmung erreicht ist. Die Frequenzkonstanz und Einstellgenauigkeit des durchstimmbaren Oszillators braucht in diesem Falle nur so groß zu sein, daß die Frequenzabweichung des durchstimmbaren Oszillators 33 den Betrag des halben Oberwellenabstandes des Oberwellenspeiktrums nicht überschreitet.

Patentansprüche:

1 Stetig abstimmbarer Frequenzumsetzer, insbesondere Überlagerungsempfänger mit hoher Trefi^cSicherheit der Frequenzeinstellung durch Verwendung eines quarzstabilisierten Oberwellenspektrums, unter Vermeidung von abstimmbaren Filtern in den umgesetzten Frequenzlagen und mit eingriffiger Bedienung (grob und fein), dadurch gekennzeichnet, daß das von der Empfangsantenne (31) gelieferte Empfangsband und das von der quarzstabilisierten Anordnung (32) gelieferte O be r wel lensp ek trum mittels eines gemeinsamen, durchstimmbaren Oszillators (33) in je eine erste Zwischenfrequenzlage oberhalb des Empfangsbandes umgesetzt werden (Mischstufen A₃ und B_s), daß die umgesetzten Empfangssignale sodann ein Filter (34), dessen Breite mindestens dem Oberwellenabstand des Oberwellenspektrums entspricht, durchlaufen, während das umgesetzte Oberwellenspektrum selbst einem so schmalen Filter (35) zugeführt wird, daß nur ein kleiner Teil des Oberwellenspektrums durchgelassen wird, daß anschließend das herausgesiebte Empfangsband und das herausgesiebte Oberwellenspektrum mittels eines gemeinsamen, fest abgestimmten Oszillators (1) in je eine tiefe Frequenzlage umgesetzt werden (MischstufenjB₃ und F₃), in der sowohl die Empfangssignale als auch die gewünschte Oberwelle je ein schmales Filter (4 bzw. 5) durchlaufen, wobei die Frequenz des fest abgestimmten Oszillators (1), soweit sie für die Transponierung der Empfangssignale benutzt wird, vorher mit der Frequenz eines um den Abstand zweier Oberwellen des Oberwellenspektrums veränderbaren Interpolationsoszillators (36) moduliert wird, so daß die zur Transponierung der Empfangssignale benutzte Frequenz um den gleichen Betrag variabel ist, und daß die ausgesiebten Empfangssignale mit der ausgesiebten Oberwelle des Oberwellenspektrums in eine dritte ZF-Lage umgesetzt werden (Mischstufe C₃).
2. Stetig abstimmbarer Frequenzumsetzer, insbesondere Überlagerungsempfänger, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antennenzuleitung ein einzelner abstimmbarer Hochfrequenzkreis (37) liegt, dessen Abstimmung mit der Abstimmung des durchstimmbaren Oszillators (33) gekuppelt ist.
3. Stetig abstimmbarer Frequenzumsetzer, insbesondere Überlagerungsempfänger, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der HF-Kreis (37) durch gleichzeitige Kapazitätsund Induktivitätsvariation und ohne Wellenschalter abgestimmt wird.
4. Stetig abstimmbarer Frequenzumsetzer, insbesondere Überlagerungsempfänger, nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des abstimmbaren HF-Kreises (37) mindestens so groß wie die Rastergrundfrequenz ist.