DE1275632B

DE1275632B - Demodulator for frequency-modulated oscillations with a delay line

Info

Publication number: DE1275632B
Application number: DEF43442A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Masaka Ogi; Dipl-Ing Tomoyoshi Yamashita
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1963-07-15
Filing date: 1964-07-15
Publication date: 1968-08-22

Description

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.Demodulator for frequency-modulated oscillations with a delay line The invention relates to a demodulator for frequency-modulated oscillations, with two rectifying elements between the input and output of a delay line are switched.

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.In the case of frequency discriminators, in which two from one circuit with lumped elements existing resonance circuits are provided, albeit the amplitude curve of the output voltage can be made rectilinear, a rectilinear one Phase curve cannot be achieved, which necessarily leads to phase distortions.

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.In order to compensate for this phase distortion, a phase compensator had to be used up to now are provided. Such a compensation of the phase distortions over a wide Frequency band is difficult to implement and z. For a broadband multiple messaging system not suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, riese Nachteile zu vermeiden und einen phasenverzerrungsfreien Diskriminator mit guter Modulationscharakteristik zu schaffen.The invention is based on the object of avoiding huge disadvantages and a phase distortion-free discriminator with good modulation characteristics to accomplish.

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.According to the invention, this object is achieved in a demodulator for frequency-modulated oscillations, in which two rectifying elements are connected between the input and output of a delay line, in that when diodes are used as rectifying elements, the first high-frequency diode is located directly between the input and output of the delay line and the second diode for high frequency is switched on directly between the input and an element that is connected downstream of the output of the line and rotates the phase by 1801 , and that the demodulation products are each connected to the output terminal of the demodulator via a resistor.

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.By USA. Patent 3,022,461 although a frequency and / or phase demodulator is known in which two rectifying elements between input and output of a delay network are laid. This circuit differs from the subject matter of the invention not only in that transistors are used as rectifying elements, the emitter-base paths of which are placed directly between the input and output of a delay network, but above all in that in this circuit there is no the phase by 1801 rotating element is provided, which is also no reference to this patent can be inferred.

Erst dadurch wird aber, wie in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, die gute Phasenlinearität über ein breites Frequenzband beim Erfindungsgegenstand erreicht.But only then, as explained in the following description, the good phase linearity over a wide frequency band in the subject matter of the invention achieved.

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.The German patent specification 691560 also shows in FIG. 2 deals with a frequency or phase discriminator which contains a delay line. The circuit in question differs from the subject matter of the invention, on the one hand, in that the input voltage of the delay chain is applied in phase opposition to the rectifier elements, which there consist of the grid-cathode sections of amplifier tubes, and above all in that the two voltages that run the two rectifiers can be easily generated by connecting the delayed voltage with the undelayed voltage in series. A transformer is provided there, but it is used to obtain these series voltages and whose primary side is parallel to the input of the delay line, while its secondary side is provided with a center tap to obtain a push-pull voltage, to which the delayed voltage is fed. As a result, the delayed voltage is in series with each partial winding on the secondary side of the transformer, and a vector addition of the two voltages occurs before the rectifying elements. This patent specification therefore has a completely different circuit concept than the subject matter of the invention, with which the above-mentioned advantages of the subject matter of the invention cannot be achieved either.

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.The other known discriminator arrangements cited at the end, those who work with delay lines either have additional resonance circuits on, which, as already mentioned, the phase linearity, which in the Subject of the invention is sought, cannot be achieved, or they have an essential Another circuit or functional principle that is far removed from the subject matter of the invention.

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.The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiment shown in the drawing. In the drawing, F i g. 1 shows a circuit diagram of an exemplary embodiment of the invention, FIG. 2 shows a voltage vector diagram to explain the mode of operation of the subject matter of the invention, and FIG. 3 shows the relationship between the input frequency f and output voltage u in the subject matter of the invention.

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.In FIG. 1 , a delay line section AB with the characteristic impedance ZO at the input A is connected to the signal source e, the output impedance of which is selected to be equal to the characteristic impedance Z i. The starting point B is terminated via the transformer, whose transmission ratio is 1: 1 and which shifts the phase by 180 ' , with the consumer whose impedance value is also chosen to be equal to the characteristic impedance Z i. Accordingly, there is no reflection between the two points A and B.

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.Now, if the phase of the signal at the center of the delay line A-B is set as the norm , since there is no reflection on the line, the voltages at points A, B and C will all be the same, and the phase at point A will be the same Phase in the center by a certain amount (9 in front, while the phase in point B lags behind the standardized phase by e. The phase in point C deviates from the same in point B by 1801. The voltage at each point is shown in the vector diagram according to Fig 2. If the length of the delay line is denoted by 1 and the wavelength of the signal is denoted by A , then e is expressed as follows: When the frequency of the signal is changed, the voltages at each point A, B and C take that with that shown in FIG. 2 dashed line curve shown. This vector diagram shows that the voltages between points A and B and A and C , depending on the frequency, have the constant phase (ABIIA'B '# ACIIA'C') and the phase shown in FIG . 3 have sinusoidally changed size shown. In fig. 3 , the frequency f is plotted on the abscissa and the magnitude u of the voltage is plotted on the ordinate. The length 1 of the delay line is chosen so that the intersection point of the two curves in FIG. 3 corresponding frequency is the mean frequency of the signal source e. As in FIG. 1 , the voltage between points A and B is determined by the integration circuit composed of diode D., capacitor C, and resistor R, and the voltage between points A and C is determined by that of diode DI, capacitor C, and the resistor Ri existing integration circuit each enveloping rectified (detect by the envelope detector) and mixed at the output OP. In this way, the frequency discriminating effect with good characteristics can be achieved.

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.As shown in FIG. 2, the phases of the voltages between points A, B and A, C steadily maintain the 90 ' difference from each other, and the phase at the center of the delay line A-B becomes when the phase of the signal source e is considered the norm is changed with frequency. However, since this change in frequency is proportional, no phase distortion occurs in the frequency discriminator according to the invention. Furthermore, since the magnitude of the voltage versus the frequency, as in the F ! G. 3 is changed sinusoidally, a good linearity over a wide band can be achieved for the frequency discriminator if the amplitude curve of the frequency of the signal source e is given a hump of a corresponding size and the curved profile of the output voltage is compensated. Since this compensation manages with a small degree, the frequency discriminator can also be designed with particular advantage as a discriminator for a broadband multiple message system which does not cause crosstalk because of the freedom from phase distortion mentioned above.

Claims

Claims: 1. Are demodulator connected for frequency-modulated oscillations in which two rectifying elements between input and output of a delay line, d a d u rch in that when using diodes as rectifying elements, the first diode for high frequency directly between input and output of the delay line and the second diode for High frequency is switched on directly between the input and an element that is connected downstream of the output of the line and rotates the phase by 180 ' and that the demodulation products are each connected to the output terminal of the demodulator via a resistor.

2. Demodulator according to claim 1, characterized in that the element rotating the phase by 180 'is designed as a transformer with a transmission ratio of 1: 1 . 3. Demodulator according to one of the preceding claims, characterized in that the delay line after the element rotating the phase by 180 ' is completed with its characteristic impedance. 4. Demodulator according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the delay line of the mean frequency fed to the modulator is dimensioned accordingly. Documents considered: German Patent No. 691560; German Auslegeschriften Nos. 1018 480, 1070 695; French Patent No. 1113 390; U.S. Patent Nos. 2,420,892, 3,022, 1461; "IEEE Transactions on microwave theory and techniques", January 1963, p. 88.