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Demodulator für frequenzmodulierte Schwingungen mit einer Verzögerungsleitung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Demodulator für frequenzmodulierte Schwingungen,
bei dem zwei gleichrichtende Elemente zwischen Eingang und Ausgang einer Verzögerungsleitung
geschaltet sind.
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Bei Frequenzdiskriminatoren, bei denen zwei aus einem Stromkreis mit
konzentrierten Elementen bestehende Resonanzkreise vorgesehen sind, kann, wenn auch
die Amplitudenkurve der Ausgangsspannung geradlinig gemacht werden kann, eine geradlinige
Phasenkurve nicht erreicht werden, was notwendigerweise zu Phasenverzerrungen führt.
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Um diese Phasenverzerrungen auszugleichen, mußte bisher ein Phasenausgleicher
vorgesehen werden. Ein solcher Ausgleich der Phasenverzerrungen über ein breites
Frequenzband ist aber nur schwer realisierbar und z. B. für ein Breitband-Mehrfachnachrichtensystem
ungeeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, riese Nachteile zu vermeiden
und einen phasenverzerrungsfreien Diskriminator mit guter Modulationscharakteristik
zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Demodulator für frequenzmodulierte
Schwingungen, bei dem zwei gleichrichtende Elemente zwischen Eingang und Ausgang
einer Verzögerungsleitung geschaltet sind, dadurch gelöst, daß bei Verwendung von
Dioden als gleichrichtende Elemente die erste Diode für Hochfrequenz unmittelbar
zwischen Eingang und Ausgang der Verzögerungsleitung und die zweite Diode für Hochfrequenz
unmittelbar zwischen Eingang und einem dem Ausgang der Leitung nachgeschalteten,
die Phase um 1801 drehenden Element eingeschaltet ist und daß die Demodulationsprodukte
über je einen Widerstand an die Ausgangsklemme des Demodulators geschaltet
sind.
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Durch die USA.-Patentschrift 3 022 461 ist zwar ein Frequenz-
und/oder Phasendemodulator bekannt, bei dem zwei gleichrichtende Elemente zwischen
Ein-und Ausgang eines Verzögerungsnetzwerkes gelegt sind. Diese Schaltung unterscheidet
sich jedoch vom Erfindungsgegenstand nicht nur darin, daß als gleichrichtende Elemente
Transistoren verwendet sind, deren Emitter-Basis-Strecken unmittelbar zwischen Ein-
und Ausgang eines Verzögerungsnetzwerks gelegt sind, sondern vor allem darin, daß
bei dieser Schaltung am Ausgang des Verzögerungsnetzwerks kein die Phase um
1.801 drehendes Element vorgesehen ist, worauf auch kein Hinweis dieser Patentschrift
entnehmbar ist.
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Erst dadurch wird aber, wie in der nachfolgenden Beschreibung erläutert,
die gute Phasenlinearität über ein breites Frequenzband beim Erfindungsgegenstand
erreicht.
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Auch in der deutschen Patentschrift 691560 ist in der F i
g. 2 ein Frequenz- bzw. Phasendiskriminator behandelt, der eine Verzögerungsleitung
enthält. Die betreffende Schaltung unterscheidet sich einerseits dadurch vom Erfindungsgegenstand,
daß die Eingangsspannung der Laufzeitkette gegenphasig an die Gleichrichterelemente,
die dort aus den Gitter-Kathoden-Strecken von Verstärkerröhren bestehen, angelegt
wird, und vor allem dadurch, daß die beiden Spannungen, die den beiden Gleichrichterstrecken
zugeführt werden, einfach durch Serienschaltung jeweils der verzögerten Spannung
mit der unverzögerten Spannung erzeugt werden. Es ist dort zwar ein übertrager vorgesehen,
der jedoch zur Gewinnung dieser Serienspannungen dient und dessen Primärseite parallel
zum Eingang der Verzögerungsleitung liegt, während seine Sekundärseite zur Gewinnung
einer Gegentaktspannung mit einer Mittelanzapfung versehen ist, der die verzögerte
Spannung zugeführt wird. Dadurch liegt die verzögerte Spannung in Serie mit jeder
Teilwicklung der Sekundärseite des übertragers, und es entsteht somit bereits
vor
den gleichrichtenden Elementen eine vektorielle Addition der beiden Spannungen.
Es liegt somit bei dieser Patentschrift ein gänzlich anderes Schaltungskonzept als
beim Erfindungsgegenstand vor, mit dem sich ebenfalls die obengenannten Vorteile
des Erfindungsgegenstandes nicht erreichen lassen.
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Die übrigen, am Schluß zitierten bekannten Diskriminatoranordnungen,
die mit Verzögerungsleitungen arbeiten, weisen entweder noch zusätzliche Resonanzkreise
auf, wodurch sich, wie bereits eingangs erwähnt, die Phasenlinearität, die beim
Erfindungsgegenstand angestrebt wird, nicht erreichen läßt, oder sie haben ein wesentlich
anderes und vom Erfindungsgegenstand weitab liegendes Schaltungs- oder Funktionsprinzip.
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An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll
die Erfindung noch näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i
g. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, F i
g. 2 ein Spannungsvektordiagramm zur Erklärung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes
und F i g. 3 das Verhältnis zwischen der Eingangsfrequenz f und Ausgangsspannung
u beim Erfindungsgegenstand.
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In der F i g. 1 ist ein Verzögerungsleitungsabschnitt A-B mit
dem Wellenwiderstand ZO am Eingang A
mit der Signalquelle e verbunden, deren
Ausgangsimpedanz dem Wellenwiderstand Z, gleich gewählt ist. Der Ausgangspunkt B
ist über den übertrager, dessen übersetzungsverhältnis 1 : 1 ist und der
die Phase um 180' verschiebt, mit dem Verbraucher abgeschlossen, dessen Impedanzwert
ebenfalls dem Wellenwiderstand Z, gleich gewählt ist. Zwischen beiden Punkten
A und B tritt demnach keine Reflexion auf.
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Wenn nun die Phase des Signals im Mittelpunkt der VerzögerungsleitungA-B
als die Norm festgesetzt wird, sind die Spannungen in den Punkten A,
B
und C, da auf der Leitung keine Reflexion auftritt, alle gleich groß,
und die Phase im Punkt A eilt der Phase im Mittelpunkt um eine gewisse Größe
(9 vor, während die Phase im Punkt B der genormten Phase um e nacheilt. Die
Phase im Punkt C weicht von derselben im Punkt B um 1801 ab. Die Spannung
in jedem Punkt ist im Vektordiagramm nach der Fig. 2 dargestellt. Wenn hierbei die
Länge der Verzögerungsleitung mit 1 und die Wellenlänge des Signals mit
A bezeichnet wird, wird e wie folgt ausgedrückt:
Wenn die Frequenz des Signals geändert wird, nehmen die Spannungen in jedem Punkt
A, B und C
den mit der in der F i g. 2 gestrichelten
Linie gezeigten Verlauf. Aus diesem Vektordiagramm ergibt sich, daß die Spannungen
zwischen den Punkten A
und B und A und C in Abhängigkeit von
der Frequenz die konstante Phase (ABIIA'B'# ACIIA'C') und die in der F i
g. 3 gezeigte sinusförmig geänderte Größe aufweisen. In der F ig.
3 ist auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die Größe
u der Spannung aufgetragen. Die Länge 1 der Verzögerungsleitung wird so gewählt,
daß die dem Kreuzungspunkt der zwei Kurven in der F i g. 3 entsprechende
Frequenz die mittlere Frequenz der Signalquelle e wird. Wie in der F i
g. 1 gezeigt ist, wird die Spannung zwischen den Punkten A und B durch
den aus der Diode D., dem Kondensator C, und dem Widerstand R, bestehenden
Integrationskreis und die Spannung zwischen den Punkten A und C durch
den aus der Diode DI, dem Kondensator C, und dem Widerstand Ri bestehenden
Integrationskreis jeweils einhüllendenartig gleichgerichtet (detect by the Envelope
Detector) und am Ausgang OP gemischt. Auf diese Weise kann die Frequenzdiskäminatorwirkung
mit guter Charakteristik erreicht werden.
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Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, halten die Phasen der
Spannungen zwischen den Punkten A, B
und A, C
stetig den Unterschied von 90' voneinander aufrecht, und die Phase im Mittelpunkt
der Verzögerungsleitung A -B wird, wenn die Phase der Signalquelle e als die Norm
angesehen wird, mit der Frequenz geändert. Da aber diese Änderung der Frequenz proportional
ist, tritt beim erfindungsgemäßen Frequenzdiskriminator gar keine Phasenverzerrung
auf. Da ferner die Größe der Spannung gegenüber der Frequenz, wie in der F! g.
3 gezeigt ist, sinusförmig geändert wird, kann für den Frequenzdiskriminator
eine gute Linearität über ein breites Band dann erreicht werden, wenn der Amplitudenkurve
der Frequenz der Signalquelle e ein Buckel von entsprechender Größe gegeben und
der gekrümmte Verlauf der Ausgangsspannung ausgeglichen wird. Da dieser Ausgleich
mit einem geringen Grad auskommt, kann wegen der obenerwähnten Phasenverzerrungsfreiheit
der Frequenzdiskriminator mit besonderem Vorteil auch als Diskriminator für ein
Breitband-Mehrfachnachrichtensystem ausgebildet werden, der kein Nebensprechen hervorruft.