DE1541612C3 - Sende- und/oder Empfangsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sende- und/oder Empfangsgerät für sehr kurze elektromagnetische Wellen, das in einem großen Frequenzbereich durchstimmbar ist und im Übertragungsweg hierzu mehrere abstimmbare Filter enthält. Geräte dieser Art werden unter anderem vor allem in der Richtfunktechnik benötigt. Dabei werden diese Geräte vor allem in bestimmten Anwendungsfallen mit einem sehr großen Durchstimmbereich versehen. Bei den bisher üblichen Geräten dieser Art, beispielsweise einem Überlagerungssender oder einem Überlagerungsempfänger wird zusätzlich gefordert, daß das einzelne Gerät fernbedienbar ist oder zumindest eine sogenannte Einknopf-Abstimmung hat, d. h., mittels eines einzigen Einstellknopfes sollen sowohl der

ίο Überlagerungsoszillator als auch die zugehörigen Hochfrequenznlter in ihrer Abstimmung entsprechend veränderbar sein. Bei den bisher üblichen Geräten ist hierzu ein relativ hoher mechanischer Aufwand für die erforderlichen mechanischen Gleichlaufvorrichtungen und Einstellvorrichtungen erforderlich.

Ein Beispiel für die Verwendung mehrerer mechanisch im Gleichlauf betätigter Abstimmkreise für einen Hochfrequenzempfänger findet sich in der US-PS 32 43 708. Dabei sind für den FM-Teil des Emp-

zo fängers zwei Vorkreise und der Oszillatorkreis durch mechanisch starre Verbindung induktivitätsabgestimmt. Zusätzlich ist der Oszillatorkreis des Empfängers noch durch eine Kapazitätsdiode, die vom Diskriminator beeinflußt wird, automatisch scharfabgestimmt.

Es ist außerdem bereits allgemein bekannt, insbesondere für das Fangen bei Frequenz- und Phasenregeleinrichtungen, den zu fangenden Oszillator kurzzeitig in der Frequenz zu wobbeln. Die nachgeschaltete Phasen- bzw. Frequenzschleife mit ihren entsprechenden Vergleichseinrichtungen fängt dann bei momentaner Übereinstimmung der Vergleichsfrequenz mit der Oszillatorfrequenz den freischwingenden Oszillator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mechanischen Aufwand, vor allem den für die Gleichlaufvorrichtungen des mechanischen Antriebssystems zu vermeiden und gegebenenfalls auch eine extrem schnelle und bei Frequenzwechsel für den Nachrichtenfluß möglichst unterbrechungsfreie Umschaltung zu ermöglichen.

Bei einem Sende- und/oder Empfangsgerät für sehr elektromagnetische Wellen, das in einem großen Frequenzbereich durchstimmbar ist undimübertragungsweg hierzu mehrere abstimmbare Filter enthält, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Frequenzeinstellung des Gerätes nur das Abstimmorgan des frequenzbestimmenden Oszillators vorgesehen ist und daß die im hochfrequenten Ubertragungsweg des Geräts angeordneten abstimmbaren Filter elektronisch durchstimmbar ausgebildet sind, daß ferner wenigstens ein mit der Sendefrequenzenergie oder der Energie des Überlagerungsoszillators im Empfänger gespeister Resonanzkreis vorgesehen ist, der im Gleichlauf mit den abstimmbaren Filtern abgestimmt wird und der zusätzlich gewobbelt wird und dessen Ausgangsspannung nach Gleichrichtung mit der Wobbeispannung in einem Phasenvergleicher zur Ableitung der für die Abstimmung der Filter und des gewobbelten Resonanzkreises erforderlichen Regelgröße dient.

Vorteilhaft ist es, als abstimmbare Filter sogenannte YIG-Filter zu verwenden oder Filter, bei denen die für die Abstimmung maßgebenden Kondensatoren wenigstens teilweise durch Kapazitätsdioden gebildet werden.

YIG-Filter sind an sich bekannt und beispielsweise in 1960 »Wescon Conv. REC«, Vol. 4, Part. I, S. 21

bis 27 und in der Zeitschrift »Microwaves«, Sept. 1964, in dem Artikel »Theory and design of tunable YIG-Filters« ausführlich beschrieben.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der gewobbelte Resonanzkreis auf eine Frequenz abgestimmt ist, die gleich der Summe oder Differenz der Überlagerungsoszillatorfrequenz des Empfängers und einer Hilfsfrequenz ist, und daß die Hilfsfrequenz in Abhängigkeit von der Wahl der Summen- oder Differenzbildung derart gewählt ist, daß die Sollabstimmfrequenz des gewobbelten Kreises von der tatsächlichen Empfangsfrequenz maximal um einen Betrag abweicht, bei dem einerseits Empfangsstörungen durch dieWobbelung mit Sicherheit noch vermieden und andererseits ein guter Gleichlauf zwischen den einzelnen Kreisen sichergestellt ist. Diese Weiterbildung eröffnet die Möglichkeit, an Stelle des Resonanzkreises den die Hilfsfrequenz liefernden Oszillator periodisch zuverstimmen bzw. zu wobbeln.

Wie vorstehend bereits erwähnt, sind Nachstimmschaltungen mit Wobbelung an sich bekannt. Hierbei handelt es sich aber stets um die exakte Nachstimmung der Frequenz eines Oszillators auf ihren Sollwert, soweit es sich um Überlagerungsempfänger handelt um die Nachstimmung eines Überlagerungsoszillators auf den für den Empfang eines bestimmten Senders erforderlichen Frequenzwert. Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich demgegenüber darum, bei einem mehrere abzstimmende Organe aufweisenden Gerät das bisher notwendige mechanische Abstimmsystem mit seinen komplizierten Gleichlaufvorrichtungen völlig zu vermeiden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt die

F i g. 1 einen Sender, die

F i g. 2 einen Überlagerungsempfänger, die

F i g. 3 ein Sendeempfangsgerät mit einer für den Sende- und Empfangsweg gemeinsamen Weichenschaltung und die

Fig. 4 eine andere Weichenschaltung für das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3.

Bei dem Sender nach der Fig. 1 ist ein Senderoszillator 1 vorgesehen, dessen Ausgangsfrequenz mittels eines Modulators 2, beispielsweise einer Blindwiderstandsröhrenschaltung oder entsprechenden Schaltung mit Transistoren im Takte der zu übertragenden Information, beispielsweise des über den Eingang 3 angelegten Basisbandes einer Trägerfrequenzverbindung oder eines Pulscodemodulationssignals veränderbar ist. Die Ausgangsenergie des Senderoszillators wird in einem elektronisch durchstimmbaren Filter4 in an sich bekannter Weise gesiebt, in einem Nachverstärker 5 im Pegel auf die erforderliche Ausgangsleistung angehoben und nach nochmaliger Siebung in einem elektronisch durchstimmbaren Ausgangsfilter 6 der Antenne 7 zugeführt. Die elektronisch durchstimmbaren Filter 4, 6 sollen selbsttätig mit einer Veränderung der Abstimmfrequenz des Senderoszillators 1 in ihrer Abstimmung, so wie einleitend dargelegt, verändert werden. Wesentlich ist hierbei, daß die Einstell- und Abstimmskala des Senders mechanisch mit dem Einstellorgan des Sender-Oszillators gekoppelt ist.

Zum Zweck der automatischen Nachregelung der elektronisch durchstimmbaren Filter 4 und 6 wird vom Ausgang des Senderoszillators 1 beispielsweise über eine kapazitive Koppelsonde 8 ein geringer Ahteil der Ausgangsenergie des Senderoszillators übernommen. Dieser Energieanteil wird einem Resonanzkreis 9 zugeführt, der gleichartig aufgebaut ist, wie S die Kreise 4 und 6, dessert Abstimmung jedoch periodisch in der Frequenz verändert wird, und zwar im Takte der Ausgangsspannung eines Wobbeigenerators 10. An den Resonanzkreis 9 ist ein Gleichrichter 11 angeschaltet, an dessen Ausgang durch den Gleich-

richtungsvorgang die über den Resonanzkreis geleitete Wobbeispannung zur Verfügung steht. Diese über den Resonanzkreis geleitete Wobbeispannung wird zusammen mit der ursprünglichen Wobbelspannung des Generators 10 einem Phasenvergleicher 12 zugeführt, der in an sich bekannter Weise in seinem Ausgang eine Regelspannung abgibt, die je nach der Verstimmung des Resonanzkreises 9 gegenüber der Frequenz des Oszillators 1 nach Richtung und Amplitude ihren Wert ändert. Diese Regelgleichspannung dient ihrerseits dazu, die Filter 4, 6 und auch den Resonanzkreis 9 auf ihre Sollfrequenz nachzustimmen. Da die Filter 4, 6 und der Resonanzkreis 9 elektronisch im Gleichlauf abgestimmt werden, ist somit erreichbar, daß bei Nachregelung des Resonanzkreises 9 in dem Maße, daß also die Abstimmfrequenz mit der Sendefrequenz übereinstimmt, auch die Filter 4, 6 die erforderliche Abstimmung haben.

An die Stelle des unmittelbar modulierten SenderOszillators 1 kann beim Ausführungsbeispiel auch ein Überlagerer mit getrenntem Überlagerungsoszillator treten, wobei dem Überlagerer die Information in Fom eines Zwischenfrequenzsignals zugeführt wird.

Bei dem Überlagerungsempfänger nach der Fig. 2

ist an die Empfangsantenne 13 über ein elektronisch durch stimmbares Bandfilter 14 die Überlagerungsstufe 15 angeschaltet, der die Überlagerungsenergie der Überlagerungsoszillators 16 zugeführt wird. An den Ausgang der Überlagerungsstufe 15 ist ein Bandfilter 17 angeschaltet. Dieses Bandfilter kann mit dem nachgeschalteten Zwischenfrequenzverstärker 18 gegebenenfalls zusammengefaßt sein. Die verstärkten Zwischenfrequenzschwingungen, die die Information als Modulation enthalten, sind über den Ausgang ZF entnehmbar und werden in nicht näher dargestellter üblicher Weise einem Demodulator zugeführt. Arbeitet der Empfänger mit frequenzmodulierten WeI-len, so ist der Demodulator ein Frequenzdiskriminator und arbeitet die Empfangsanlage mit amplitudenmodulierten Wellen, so ist der Demodulator eine Gleichrichterschaltung mit einem üblichen Siebglied.

Die Ausgangsenergie des Überlagerungsoszillators

16 wird einer Schaltung gleichartig zu der aus den Teilen 9, 10, 11 und 12 der F i g. 1 zugeführt. Diese Schaltung arbeitet genauso wie die nach der Fig. 1.

Die in dieser Schaltung in dem Phasenvergleicher 12 gewonnene Regelgleichspannung dient einerseits zur exakten Frequenznachstellung des wobbelbaren Resonanzkreises 9 auf die Frequenz des Oszillators 16 und stimmt andererseits das ebenfalls elektronisch durchstimmbare Bandfilter 14 in einem um den Betrag der Zwischenfrequenz verschobenen Gleichlauf auf die Empfangsfrequenz ab.

Bei einem Überlagerungsempfänger nach der Fig. 2 ist es in Weiterbildung der Erfindung noch möglich, in die Zuleitung vom Uberlagerungsoszillator 16 zu dem wobbelbaren Resonanzkreis 9 einen weiteren Frequenzumsetzer 19 einzuschalten, der aus einem dem Frequenzversatz dienenden Oszillator 30

gespeist wird. Dadurch läßt sich erreichen, daß die Frequenz des wobbelbaren Resonanzkreises 9 um einen vorgegebenen Betrag gegen die Schwingfrequenz des Überlagerungsoszillators 16 verstimmt ist. Die Frequenz des Oszillators 30 ist dabei derart zu wählen, daß je nach Ausnutzung der Summe oder der Differenz der in 16 bzw. 30 erzeugten Frequenzen die Sollabstimmfrequenz des gewobbelten Resonanzkreises 9 von der tatsächlichen Empfangsfrequenz maximal um einen Betrag abweicht, bei dem einerseits Empfangsstörungen durch die Wobbelung mit Sicherheit noch vermieden und andererseits ein guter Gleichlauf zwischen den einzelnen durchstimmbaren Kreisen, also des gewobbelten Resonanzkreises 9 und der durchstimmbaren Kreise des im Empfängereingang vorgesehenen Bandfilters 14 sichergestellt ist.

Eine Abwandlung der in der F i g. 2 gezeigten Schaltung ist auch in der Weise möglich, daß an die Stelle einer Wobbelung des Resonanzkreises 9 eine entsprechende Wobbelung des Oszillators 30 vorgesehen wird.

In der F i g. 3 ist die Anwendung der Erfindung bei einem kombinierten Sende- und Empfangsgerät gezeigt. Der Sender umfaßt gleichartig zur Fig. 1 die Stufen 1 und 2 mit dem Modulationsspannungseingang 3. Weiterhin ist im Sender analog zur F i g. 1 eine Schaltung zur Ableitung einer Frequenznachstellspannung mit den Teilen 9', 10', 11' und 12' vorgesehen, die identisch mit der entsprechenden Schaltung aus den Teilen 9,10,11 und 12 der Fig. 1 ist. In gleicher Weise ist der Empfänger nach F i g. 3 hinsichtlich der Bauteile 15, 16, 17 gleichartig zur F i g. 2 aufgebaut und mit einer entsprechenden Schaltung 9", 10", 11", 12", 18" und 19" versehen.

Wesentlich ist, daß die der Verbindung des Senders und des Empfängers mit der gemeinsamen Antenne 7 dienende Weichenschaltung für die elektronische Durchstimmbarkeit besonders ausgebildet ist.

Für den Sender besteht die Weichenschaltung aus einem Filter mit den beiden Gabelübertragern 20 und 21. In den Gabelübertrager 20 wird von der Senderstufe 1 aus eingespeist. Die mit dem entsprechenden Eingangsanschluß des Gabelübertragers 20 verkoppelten beiden Ausgänge sind über je ein elektronisch durchstimmbares Bandsperrenfilter 22 bzw. 23 mit den entsprechenden Anschlüssen des Gabelübertragers 21 verbunden. Zur Beseitigung der störenden Wirkungen von Reflexionen ist der gegen den Eingangsanschluß des Gabelübertragers 20 entkoppelte Anschluß des Gabelübertragers 20 mittels eines Absorbers 24 reflektionsfrei abgeschlossen. Im Eingang des Empfängers ist nur ein Bandfilter vorgesehen, das die jeweiligen Empfangswellen ungehindert passieren läßt und hiervon frequenzverschiedene Wellen unterdrückt. Der gegen den mit der Antenne 7 verbundenen Anschluß entkoppelte Anschluß des Gabelübertragers 21 ist, unter Zwischenschaltung eines auf die Sendefrequenz abgestimmten elektronisch durchstimmbaren Bandfilters 25, mit dem Eingang des Bandfilters 14 im Empfänger verbunden.

Wird die Sendefrequenz mit fs und die Empfangsfrequenz mit je bezeichnet, so sind die Filter 22 und 23 für fe und das Filter 25 für fs sperrend, während das Filter 14 für fe durchlässig ist. Die Filter 22, 23 und 14 werden über die Schaltungsgruppe 9", 10", 11", 12" mit der für die Frequenzeinstellung erforderlichen Regelgröße versorgt. Analog wird das Filter 25 über die Schaltung 9', 10', 11', 12' mit der zugehörigen Regelgröße versehen. Die Filterschaltung mit den Gabelübertragern 20, 21 arbeitet in an sich bekannter Weise derart, daß die von 1 eingespeiste Sendeenergie über den Gabelübertrager 20 ungehindert die Bandsperrenfilter 22, 23 passiert und von diesem über den Gabelübertrager 21 praktisch ausschließlich zur Antenne 7 gelangt. Gegenüber diesen Eingangsanschlüssen des Gabelübertragers 21 ist der mit 25 verbundene Gabelübertragerausgang in bekannter Weise als entkoppelt angenommen. Soweit noch ein störender Restanteil von Sendeenergie sich über den entkoppelten Ausgang des Gabelübertragers 21 zum Empfänger ausbreiten könnte, wird dieser Energieanteil durch die Bandsperre 25 in Verbindung mit dem Bandfilter 14 vom Empfänger bzw. dessen Eingangsmischstufe 15 im erforderlichen Maße ferngehalten. Im Empfangsfall wird die Ausbreitung der Empfangsenergie in Richtung zum Sender durch die Bandsperren 22, 23 wirksam unterbunden. Auf Grund der bekannten Wirkungsweise derartiger Brückenweichen wird die an 22 und 23 reflektierte Empfangsenergie über den von der Antennenzuleitung entkoppelten Anschluß des Gabelübertragers 21 in Richtung auf das für die Empfangswellen durchlässige Filter 25 und das auf die Empfangswellen abgestimmte Bandfilter 14 ungehindert weitergeleitet. Die Nachstimmung der gesamten Schaltung arbeitet analog zu der nach den F i g. 1 und 2, so daß sich insoweit ein näheres Eingehen hierauf erübrigt. Durch die Ausgestaltung der Gesamtschaltung ist erreicht, daß im Sendeweg die nur gering belastbaren elektronisch durchstimmbaren Bandfilter vermieden sind, während im Empfangsweg eine ausreichend hohe Entkopplung gegenüber dem Sender erzielt wird und für die geringe Empfangsenergie elektronisch durchstimmbare Bandfilter verwendbar sind. Für Gabelübertrager ist in der Fachsprache auch noch der Ausdruck »3-dB-Koppler« üblich. Die gegenseitig entkoppelten Anschlüsse von Gabelübertragern bezeichnet man häufig auch »zueinander konjugierte Anschlüsse«. Die Ausführungsformen von Gabelübertragern sind je nach dem Frequenzbereich, in dem sie zum Einsatz kommen, sehr unterschiedlich. Bis in den Bereich der Meterwellen werden im allgemeinen Transformatoren mit Spulen verwendet. Im Bereich kürzerer Wellen werden statt der Spulen Leitungsgebilde und Leitungsverzweigungen, vor allem in Bandleitungs- oder Koaxialleitungsausführung verwendet. Bekannte Bauformen in Hohlleitungsausführungen sind unter dem Namen »Magic-T« und »Ringhybrid« bekannt.

Wird an Stelle der Brückenweiche nach F i g. 3 eine Weichenschaltung unter Verwendung eines Zirkulators angewendet, so empfiehlt es sich, die Schaltung nach der F i g. 4 zu verwenden. An einen Anschluß des Zirkulators 26 ist die für Senden und Empfangen gemeinsame Antenne 7 angeschaltet. An den in Umlaufsrichtung des Zirkulators 26 vorausgehenden Anschluß ist ein auf die Empfangsfrequenz abgestimmtes Bandsperrenfilter 27 angeschaltet. An den in Umlaufrichtung des Zirkulators 26 auf den Antennenanschluß nachfolgenden Anschluß ist ein auf die Sendefrequenz aubgestimmtes Bandsperrenfilter 28 angeschaltet, dem ein auf die Empfangsfrequenz abgestimmtes Durchlaßbandfilter 29 nachgeschaltet ist. Das Bandsperrenfilter 27 und das Band-

filter 29, deren Abstimmfrequenz je ist, werden mit der für die Abstimmung erforderlichen Regelgröße aus der Stufe 12" versorgt, während die Zuführung der entsprechenden Regelgröße zu dem Bandsperrenfilter 28, das auf die Sendefrequenz fs abgestimmt ist, aus der Stufe 12' erfolgt. In der Fig. 4 ist noch schematisch angedeutet, wo bei dieser Weichenschaltung die Stufen 1 bzw. 15 anzuschalten sind. Die Wirkungsweise dieser Schaltung kann man sich wie folgt vorstellen: Die von 1 über 27 zum Zirkulator 26 gelangende Sendeenergie breitet sich weitgehend reflexionsfrei über den Zirkulator 26 zur Antenne 7 aus und wird dort abgestrahlt. Über 7 kommende Signale gelangen über den Zirkulator 26 und die für diese Signale durchlässige Bandsperre 28 zu dem

Bandfilter 29. Stimmen diese Signale in der Frequenz mit der vorgegebenen Abstimmfrequenz je überein, so gelangen diese Signale über das Bandfilter 29 zum Empfänger bzw. Überlagerer 15. Auch diese Schaltung zeichnet sich durch extrem kurze Einstellzeiten wegen der elektronischen Abstimmung sowohl im Sende- als auch im Empfangszweig aus und eignet sich ebenfalls gut für Sende- und Empfangsgeräte mit gemeinsamer Antenne, auch wenn die verwendeten elektronisch durchstimmbaren Filterkreise in den bisher üblichen Bauarten nur schwach belastbar sind. Zu erwähnen ist noch, daß das auf die Empfangsfrequenz abgestimmte Sperrfilter 27 im Sendezweig dabei Senderstörungen (z. B. Rauschen) auf der Empfangsfrequenz unterdrückt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Sende- und/oder Empfangsgerät für sehr kurze elektromagnetische Wellen, das in einem großen Frequenzbereich durchstimmbar ist und im Übertragungsweg hierzu mehrere abstimmbare Filter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzeinstellung des Gerätes nur das Abstimmorgan des frequenzbestimmenden Oszillators vorgesehen ist und daß die im hochfrequenten Übertragungsweg des Geräts angeordneten abstimmbaren Filter elektronisch durchstimmbar ausgebildet sind, daß ferner wenigstens ein mit der Sendefrequenzenergie oder der Energie des Überlagerungsoszillators im Empfänger gespeister Resonanzkreis vorgesehen ist, der im Gleichlauf mit den abstimmbaren Filtern abgestimmt wird und der zusätzlich gewobbelt wird und dessen Ausgangsspannung nach Gleichrichtung mit der Wobbeispannung in einem Phasenvergleicher zur Ableitung der für die Abstimmung der Filter und des gewobbelten Resonanzkreises erforderlichen Regelgröße dient.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstimmbaren Filter YIG-Filter sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den abstimmbaren Filtern die frequenzbestimmenden Kondensatoren wenigstens teilweise durch Kapazitätsdioden gebildet werden.

4. Empfangsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewobbelte Resonanzkreis auf eine Frequenz abgestimmt ist, die gleich der Summe oder Differenz der Überlagerungsoszillatorfrequenz des Empfängers und einer Hilfsfrequenz ist, und daß die Hilfsfrequenz in Abhängigkeit von der Wahl der Summen- oder Differenzbildung derart gewählt ist, daß die Sollabstimmfrequenz des gewobbelten Kreises von der tatsächlichen Empfangsfrequenz maximal um einen Betrag abweicht, bei dem einerseits Empfangsstörungen durch die Wobbelung mit Sicherheit noch vermieden und andererseits ein guter Gleichlauf zwischen den einzelnen Kreisen sichergestellt ist.

5. Empfangsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des wobbelbaren Resonanzkreises der die Hilfsfrequenz liefernde Oszillator gewobbelt wird.

6. Empfangsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsfrequenz einem Oszillator entnommen wird, der zugleich die Umsetzung der ersten Zwischenfrequenz auf die zweite Zwischenfrequenz eines Empfängers mit doppelter Umsetzung vornimmt.