DE1616887C - Demodulator für eine Signalspannung, deren Frequenz in Abhängigkeit von einer Impulsspannung zwischen zwei diskreten Bezugsfrequenzen phasensprungfrei wechselt - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Demodulator für eine die Frequenzbänder der Bezugsfrequenzen auseinander,

Signalspannung, deren Frequenz in Abhängigkeit von womit die Ausfilterung störunanfÄlliger vorgenommen

"einer Impulsspannung zwischen zwei diskreten Bezugs· werden kann.

' frequenzen phasensprungfre! wechselt, mit je einem Die Potenziurung kann wiederholt vorgenommen

' eingangsseltig ein Frequenzfilter aufweisenden Ampli- S werden, womit bei jeder dieser Operationen die beiden

tudenmodulator für jede Bezugsfrequenz in Parallel· Frequenzbänder weiter auseinandergerückt werden

schaltung. können. Dies macht sich eine zweckmäßige Weiter-

Bei einem bekannten Demodulator sind die Fre- bildung der Erfindung zunutze, die dadurch gekennquenzfilter auf die Bezugsfrequenzen so abgestimmt, zeichnet ist, daß den Amplitudendemodulatoren daß die eine Bezugsfrequenz nur das eine und die io mehrere potenzierende Schaltmittel mit einer Gleichandere nur das andere Frequenzfilter passieren kann. Stromsperre zwischen je zweien, in Reihenschaltung Nach der so bewirkten Trennung der Signalspannung vorgeschaltet sind, Der Vorgang unterliegt rechnerisch in die beiden Bezugsfrequenzen kann die ursprüngliche trigonometrischen Funktionen, und es entsteht ein Impulsspannung durch einfache Amplitudenmodu- Gleichstromanteil, der durch die Gleichstromsperre lation wiedergewonnen werden. Wesentlich für eine 15 von dem jeweils nSvhfolgenden potenzierenden Schaltgeringe Störanfälligkeit ist dabei die exakte Trennung mittel ferngehalten wird.

der Signalspannung in die Bezugsfrequenzen nach Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung

Maßgabe der Impulsspannung. Diese Trennung kann näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

durch Übertragungsstörungen, Verzerrungen u. dgl. F i g. 1 im Diagramm binäre Datenimpulsc, zwei

beeinträchtigt sein. 20 verschiedene Bezugsfrequenzen und eine aus diesen

Die Trennung ist einerseits um so sicherer durch- Bezugsfrequenzen modulierte Signalspannung,,

zuführenje weiter die zu trennenden Bezugsfrequenzen F i g. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der

auseinanderliegen; ein großer Frequenzhub bei der Erfindung im Blockschaltbild,

Tastung bedingt aber eine große Bandbreite bei der F i g. 3 im Diagramm das Frequenzspektrum der

Übertragung. Die Trennung ist andererseits um so as Signalspannungen an verschiedenen Stellen des in

sicherer durchzuführen, je niedriger die Tastfrequenz F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels,

ist, aber eine niedrige Tastfrequenz bedingt eine geringe F i g. 4 die Schaltung eines Quadrierungskreises aus

Nachrichtendichte. Durch Vergrößern des Frequenz- F i g. 2 und

hubes oder durch Erniedrigen der Tastfrequenz läßt F i g. 5 im Diagramm die Charakteristik des Qua-

sich die Störanfälligkeit der Demodulation also nicht 30 drierungskreises aus F i g. 4.

ohne anderweitige Nachteile herabsetzen. Es ist auch Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die

bekannt, bei einer Demodulation einer frequenz- Signalspannung frequenzmoduliert, und zwar wird

modulierten Signalspannung die Frequenz der emp- der Energieinhalt in zwei Frequenzbändern über-

fangenen Signalspannung zu vervielfachen. Dadurch tragen. Dabei entspricht Energie in dem einen Fre-

wird zwar der absolute Frequenzabstand der Kompo- 35 quenzband dem binären Zeichen »0« und Energie in

nenten der Signalspannung vergrößert. Relativ bleibt dem anderen Frequenzband dem anderen binären

der Frequenzabstand aber der gleiche, so daß die Zeichen »1«. Die beiden Bezugsfrequenzen sind in

Frequenztrennung in Frequenzfiltern dadurch nicht F i g. 1 mit REF₀ und REFi bezeichnet. Die Frequenz

begünstigt wird. der Bezugsfrequenz REF₀ ist doppelt so hoch wie die

Es ist ein Demodulator für frequenzumgetastete 40 der Bezugsfrequenz REF_V Die übertragene Signal-Telegrafizeichen bekannt, bei dem die zweiten Harmo- spannung in F i g. 1 ist mit V[t) bezeichnet und enthält nischen der Bezugsfrequenzen in darauf abgestimmte die beiden Bezugsfrequenzen in Abhängigkeit von den Amplitudendemodulatoren gelangen. Phasensprung- Datensignalen /₀(f) und Z₁(O, wie aus Fi g. 1 ersichtfrei kann dieser Demodulator aber sinnvoll nicht lieh. Die Signalspannung V(t) hat abwechselnd entbetrieben werden. 45 weder die Bezugsfrequenz REF₀ oder die Bezugs-Aufgabe der Erfindung ist es, einen Demodulator frequenz REFf Wenn nach F i g. 1 bei dem Datender eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die signal /₀(0 eine Impulslücke vorliegt, dann liegt in Trennung in den Frequenzfiltern möglichst stör- dem Datensignal/^/) ein Impuls vor. Dies entspricht unanfällig ist. dem binären Zeichen »1«. Liegt in dem Datensignal

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß den 50 /„(/) ein Impuls vor, dann liegt in dem Datensignal jeweils aus einem dem Frequenzfilter nachgeschalteten /,(/) eine Impulslücke vor. Dies entspricht dem binären Gleichrichter und einem diesem nachgeschalteten Zeichen »0«. Mit den Datensignalen /₀(/) und f_x(t) Tiefpaß bestehenden Amplitudendemodulatoren ge- werden die Bezugsfrequenzen REF₀ und REF_x für die meinsam potenzierende Schaltmittel vorgeschaltet sind, Signalspannung V(t) ausgewählt, wie dies in F i g. 1 derart, daß die Signalspannung zunächst quadriert 55 dargestellt ist. Dabei werden die Bezugsfrequenzen oder in eine andere Potenz mit einem Exponenten REF₀ und REF₁ in der Signalspannung V(t) phasengrößer als Eins erhoben wird und daß die Frequenz- gerecht aneinandergefügt, so daß an den Übergängen filterauf die potenzierten Bezugsfrequenzenabgestimmt kein Phasensprung entsteht. Die Phasenlage der sind. Bezugsfrequenzen REF₀ und REF₁ wird zu diesem

Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, 60 Zweck an den entsprechenden Stellen umgekehrt,

daß das Spektrum einer durch eine Impulsspannung ' Wenn z. B., wie in Fig. 1, die Signalspannung V(t)

frequenzumgetasteten Signalspannung die Eigenschaft im ersten Zeitintervall entsprechend dem binären Zei-

hat, sich bei großem Frequenzhub stärker um die chen »1« eine positive Halbwelle der Bezugsspan-

getastcten Bezugsfrequenzen zu gruppieren als bei nung REF₁ ist, dann endet dieses erste Intervall mit

kleinem Frequenzhub. Durch die nach der Erfindung 65 einem negativen Nulldurchgang. Im zweiten Intervall

vorgesehene Potenzierung wird der Frequenzhub für liegt das binäre Zeichen »0« vor. Die ganze Welle der

die Demodulation vergrößert, und da die Tastfrequenz Bezugsfrequenz REF₀ ist im zweiten Intervall um 180°

nach der Potenzierung die gleiche ist wie vorher, rücken phasenverschoben, damit sie sich an den negativen

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Nulldurchgang phasengerecht anschließt, Würde sich 15, in dem er nach der oben ungegebenen trigonoim zweiten Intervall die Welle der Bezugsfrequenz REF₀ metrischen Funktion erneut quadriert wird,

ohne Phasenverschiebung anschließen, dann würde Am Ausgang des zweiten Quadrierungskreises sind

an dieser Stelle ein Phasensprung entstehen. Auf diese die Frequenzbänder, wie aus F i g, 3 unter D ersichtlich,

Weise werden, gesteuert, durch die Datensignale /_n(0 9 noch weiter auseinandergerückt. Der zweite Quadrie-

»nd /,(O, die Bezugsfrequenzen REF₀ und REF_x zu ' rungskreis 15 arbeitet, in gleicher Weise wie der erste

der Signalspannung K(O aneinandergereiht, und zwar Quadrierungskreis 11, Die Ausgangsspannung dieses

jeweils mit Phasenumkehr, wenn dies erforderlich zweiten Quadrierungskreises 15 liegt zur Zeit immer

ist, um Phasensprünge zu vermeiden. nur in einem der beiden Bänder.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung io Diese Ausgangsspannung gelangt auf zwei Amplidient dazu, die Signalspannung K(O zu demodulieren, tudendemodulatoren, in denen die Datensignale Z₁(O so daß am Ausgang Datensignale /,(O und /₀(O vor- und /₀(0 abgeleitet werden sollen. Der Kanal für die liegen. Zu diesem Zweck wird die Signalspannung aus Datensignale /,(/) ist nur für das tiefere Frequenz-F ig; 1 am Eingang der Schaltungsanordnung ein- band passierbar. Er weist eingangsseitig eine Gleichgespeist, Das Frequenzspektrum der eingespeisten 15 Stromsperre 17 und daran anschließend ein Tiefpaß-Signalspannung K(O ist in der ersten Zeile der F i g. 3 filter 19 auf. In der Gleichstromsperre 17 wird der dargestellt. In der zweiten und dritten Zeile sind die Gleichstromanteil der doppelt quadrierten Signal-Frequenzbänder der Signalspannung an den Punkten A spannung zurückgehalten, und in dem Tiefpaßfilter 19 und B aus F i g. 2 dargestellt. werden die Frequenzen aus dem höherfrequenten

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, überlappen sich die ao Band zurückgehalten. Der Ausgang des Tiefpaßfilters

beiden Frequenzbänder der eingespeisten Signal- 19 ist an einen bekannten Amplitudendemodulator an-

spannung weitgehend, obwohl diese Signalspannung geschlossen, der aus einem Gleichrichter 21 und einem

K(/) zu jeder Zeit entweder nur Energie in dem tieferen diesen nachgeschalteten Tiefpaßfilter 23 besteht. Die

Frequenzband oder im höheren Frequenzband enthält. Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters 23 ist — ab-

Die eingespeiste Signalspannung K(O gelangt zu- 25 gesehen von einigen Verzerrungen — genauso wie in

nächst in einen Quadrierungskreis 11, dessen Schaltung F ϊ g. 1 dargestellt. An den Ausgang des zweiten

im einzelnen weiter unten an Hand der F i g. 4 er- Quadrierungskreises 15 ist außerdem ein Hochpaß-

läutert wird. Das am Ausgang des Quadrierungs- filter 25 angeschlossen, durch das der Frequenzanteil

kreises 11 entstehende Signal ist mit A bezeichnet. des höherfrequenten Bandes passieren kann. Der Aus-

Es entspricht dem Eingangssignal K(O, wobei jedoch 30 gang dieses Filters 25 gelangt an einen zweiten Am-

die beiden Frequenzbänder, wie aus F i g. 3 ersichtlich, plitudendemodulator mit dem Gleichrichter 27 und

auseinandergerückt sind. dem Tiefpaßfilter 29, dessen Ausgangsspannung die

Diese Frequenzbandtrennung beruht auf der be- Datensignale /₀(0) aus F i g. 1 sind,

kannten trigonometrischen Quadrierungsfunktion Wenn an dem Tiefpaßfilter 23 am Ausgang ein

35 Impuls vorliegt, dann liegt am Ausgang des Tiefpaßfilters 29 eine Impulslücke vor und umgekehrt. Auf

χ χ Grund dessen kann die Funktion der Anordnung sehr

sin^a« = — cos 2 a. einfach überwacht werden. Es genügt dazu, einen Uber-

^{1 l} wachungskreis (in der Zeichnung nicht dargestellt)

40 vorzusehen, der anspricht, wenn an den Ausgängen beider Filter gleichzeitig je ein Impuls oder je eine

Das heißt, daß eine Energie mit der Frequenz a, Impulslücke vorliegt.

die quadriert wird, in eine Energie mit der Frequenz la Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist von umgewandelt wird. Die Signalspannung K(O enthält binären Zeichen ausgegangen worden. In einer weiteren Energie mit den Frequenzen REF₀ und der Frequenz 45 Abänderung des dargestellten Ausführungsbeispiels REF₁. In F i g. 3 ist unter A das Frequenzspektrum kann an Stelle der dort vorgesehenen doppelten Quader quadrierten Signalspannung K(O dargestellt. Die drierung auch eine einfache Quadrierung oder eine Frequenzen in der Bandmitte sind dabei jeweils ver- drei- oder mehrfache Quadrierung vorgesehen sein, doppelt, Ebenso ist auch der Abstand zwischen den Schließlich ist es auch möglich, an Stelle der Qua-Frequenzen in der Bandmitte verdoppelt. Wenn z. B. 50 drierung die Spannung einer anderen Exponentialdie Bandmittenfrequenz der Signalspannung K(O 10 funktion zu unterwerfen. Wesentlich ist dabei nur, daß und 20 kHz beträgt, dann beträgt die Bandmitten- der Exponent der Funktion größer als 1 ist. Die frequenz nach Quadrierung 20 und 40 kHz mit einem Spannung kann natürlich auch nacheinander ver-Abstand von 2OkHz. Wie bereits bemerkt, liegt zur schiedenen Exponentialfunktionen unterworfen werden. Zeit immer nur Energie in einem der beiden Bänder 55 Ein Quadrierungskreis, wie er beispielsweise als vor. Aus diesem Grunde ist die Seitenbandenergie der Quadrierungskreis 11 und 15 in F i g. 2 Verwendung beiden Frequenzbänder nicht wesentlich verbreitert, finden kann, ist in F i g. 4 gesondert im Schaltbild weil die beiden Bänder sich in ihrem harmonischen dargestellt. Nach F i g. 4 wird eine Signalspair.iungg(O Zusammenhang gegenseitig beeinflussen. Die beiden über einen Transformator 31 an die beiden Dioden 33 Frequenzbänder überlappen sich daher nach der 60 und 25 gelegt. Infolge der Transformatorwirkung Quadrierung im geringeren Maße als vorher. gelangt das Signal g(t) phasengerecht an die eine Diode

Dem Quadrierungskreis 11 ist eine Gleichstrom- und phasenverschoben um 180° an die andere Diode, sperre 13 nachgeschaltet, in der der Gleichstromanteil Die Schaltung arbeitet im wesentlichen so wie ein der quadrierten Signalspannung K(O zurückgehalten Doppelweggleichrichter, jedoch mit einer Charakteriwird. Solche Gleichstromsperren sind an sich bekannt. 65 stik, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist. Durch den Sie können z. B. aus einer einfachen Kapazität be- Stromfluß in den Dioden 35 und 33 sowie dem Widerstehen. Der Wechselstromanteil der quadrierten Signal- stand 37 entsteht eine Ausgangsspannung #^a(O> wie spannung gelangt in einen zweiten Quadrierungskreis sie in F i g. 5 dargestellt ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Demodulator für eine Signalspannung, deren Frequenz in Abhängigkeit von einer Impulsspannung zwischen zwei diskreten Bezugsfrequenzen phasensprungfrei wechselt, mit je einem eingangsseitig ein Frequenzfilter aufweisenden Amplitudendemodulator für jede Bezugsfrequenz in Parallelschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß den jeweils aus einem dem Frequenzfilter (17, 19, 25) nachgeschalteten Gleichrichter (21, 27) und einem diesem nachgeschalteten Tiefpaß (23,29) bestehenden Amplitudendemodulatoren (17 bis 23, 25 bis 29) gemeinsam potenzierende Schaltmittel (11) vorgeschaltet sind, derart, daß die Signalspannung (K(O) zunächst quadriert oder in eine andere Potenz mit einem Exponenten größer als Eins erhoben wird und daß die Frequenzfilter (17, 19, 25) auf die potenzierten Bezugsfrequenzen (REF₀, REF₁) abgestimmt sind.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzfilter (17, 19, 25) auf potenzierte im Frequenzverhältnis 1: 2 stehende Bezugsfrequenzen abgestimmt sind.

3. Demodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter (17,19) für die niedrigere Bezugsfrequenz auf die potenzierte kürzere Tastfrequenz als Bezugsfrequenz abgestimmt ist.

4. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Amplitudendemodulatoren mehrere potenzierende Schaltmittel (11,15) mit einer Gleichstromsperre (13) zwischen je zweien, in Reihenschaltung vorgeschaltet sind.

5. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter (17,19) für die tiefe Bezugsfrequenz (REF₁) aus einer Gleichstromsperre (17) mit nachgeschaltetem Tiefpaß (19) besteht.

6. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter (25) für die hohe Bezugsfrequenz (REF₀) ein Hochspaß (25) ist.

7. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungsvorrichtung, die anspricht, wenn in mehreren Amplitudendemodulatoren gleichzeitig ein Signal oder in allen kein Signal vorliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen