DE3444759A1

DE3444759A1 - Fm-demodulator

Info

Publication number: DE3444759A1
Application number: DE19843444759
Authority: DE
Inventors: Rodney James Swindon Wiltshire Lawton
Original assignee: Plessey Overseas Ltd
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1985-06-20
Also published as: US4603302A; FR2556526A1

Description

PRINZ, LEISBRi, BU^KB &;>A_:RTNER

Patentanwälte "" "Europe'än "Pa'tent * Attorneys ,-. , , .

München 3 Stuttgart ο 4 4 4

PLESSEY OVERSEAS LIMITED 7. Dezember 1984

2-60 Vicarage Lane

Ilford, Essex IG1 4AQ /England

Unser Zeichen: P 3005

FM-Demodulator

Die Erfindung bezieht sich auf einen FM-Demodulator. i

Es ist bekannt, daß vor der Demodulation von FM-Signalen, ( mit denen eine ankommende HF-Trägerwelle moduliert ist, das HF-Signal durch eine Frequenzumsetzungsvorrichtung, beispielsweise durch einen oder durch mehrere Mischer, geschickt wird, so daß die Hochfrequenz (HF) in Abwärtsrichtung in eine Zwischenfrequenz (ZF) umgesetzt wird. Das ZF-Signal wird dann einem FM-Demodulator zugeführt, der eine Ausgangsspannung abgibt, die dem FM-Modulationssignal auf der Trägerwelle proportional ist.

Ein bekannter FM-Rundfunkempfänger, der drei Mischerschaltungen für die Frequenzumsetzungsvorrichtung.und eine Phasenregelschleife für den FM-Demodulator enthält, ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. In Fig. 1 empfängt eine Antenne 1 HF-Signale zwischen 12 GHz und 12,4 GHz. Wenn der FM-Rundfunkempfanger in Betrieb ist, gelangt das

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ankommende HF-Signal zu einem rauscharmen Verstärker 2, der es verstärkt, bevor es einem Mischer 3 zugeführt wird, in dem es mit einem an Ort und Stelle erzeugten Signal aus einem Überlagerungsoszillator 4 gemischt wird. Der Überlagerungsoszillator liefert ein Signal mit einer Frequenz von 11 GHz, so daß der Mischer 3 ein Signal mit einer Trägerfrequenz abgibt, die gleich der Differenz zwischen der Frequenz des an Ort und Stelle erzeugten Signals und der Trägerfrequenz des ankommenden HF-Signals ist.

Der Mischer 3 liefert ein Ausgangssignal mit einer Trägerfrequenz, die gleich der Summe der Frequenz des an Ort und Stelle erzeugten Signals und der Trägerfrequenz des ankommenden HF-Signals ist. Diese zwei Signale werden einem Bandfilter 5 zugeführt, das so abgestimmt ist, daß es nur das vom Mischer 3 gelieferte Differenzsignal durchläßt. Auf diese Weise wird vom Bandfilter 5 ein ZF-Signal abgegeben, dessen Mitte bei 1 GHz liegt. Das ZF-Signal wird einem zweiten Mischer 6 zugeführt, in dem es mit einem an Ort und Stelle erzeugten Signal mit der Frequenz 1600 MHz gemischt wird, das von einem zweiten überlagerungsoszillator 7 erzeugt wird. Das zweite ZF-Signal, das Summen- und Differenzkomponenten enthält, wird vom Mischer 6 einem Bandfilter 8 zugeführt, das die Differenzkomponenten des zweiten ZF-Signals durchläßt, die eine Mittenfrequenz von 600 MHz haben. Das zweite ZF-Signal wird einem dritten Mischer 9 zugeführt, in dem es mit einem Signal mit einer Frequenz von 750 MHz gemischt wird, das ein Überlagerungsoszillator 10 erzeugt, so daß ein drittes ZF-Signal mit Summen- und Differenzkomponenten erzeugt wird. Das dritte ZF-Signal wird dann einem Bandfilter 11 zugeführt, das das ZF-Signal durchläßt, dessen Mittenfrequenz bei 150 MHz liegt. Die Frequenz dieses dritten ZF-Signals ist niedrig genug für die Eingabe in einen FM-Demodulator 12, der eine Ausgangsspannung V_ erzeugt, die dem Modulationssignal entspricht,

mit dem das ankommende HF-Signal moduliert ist.

Der FM-Demodulator 12 ist als Phasenregelschleife (PLL) ausgebildet, die einen Phasenkomparator 13, einen Schleifenverstärker 14 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 15 enthält. Die Arbeitsweise einer solchen PLL-Schaltung ist bekannt.

Diese Art des FM-Rundfunkempfängers ist nachteilig, da zum Umsetzen des HF-Signals in ein für die Demodulation durch den FM-Demodulator 12 geeignetes ZF-Signal drei Mischerschaltungen erforderlich sind. Mischerschaltungen sind schwierig aufzubauen, da in jeder Schaltung ein Oszillator voreinzustellen ist und jede Schaltung ein Bandfilter benötigt, das die Möglichkeit eröffnet, daß Spiegelfrequenzen durchgelassen werden. Ferner ist es nachteilig, eine PLL-Schaltung als FM-Demodulator zu verwenden, was darauf zurückzuführen ist, daß solche Schaltungen schwierig zusammenzustellen und aufzubauen sind.

ν Mit Hilfe der Erfindung soll die Anzahl der Mischerschal- '■ tungen reduziert werden, die zur Erzeugung eines für die FM-Demodulation geeigneten ZF-Signals erforderlich ist. Ferner soll mit Hilfe der Erfindung ein FM-Demodulator geschaffen werden, der keinen eigenen Oszillator und keinen Schleifenverstärker benötigt, einen einfacheren Schaltungsaufbau hat und die FM-Ablage reduziert, wodurch der FM-Demodulator für ein kleineres Ablagesignal geeignet sein muß.

Nach der Erfindung ist ein FM-Demodulator dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler vorgesehen ist, der die Frequenz eines FM-Eingangssignals teilt, und daß mit dem Frequenzteiler ein phasenempfindlicher Demodulator so gekoppelt ist, daß er aus einem ersten übertragungsweg ein erstes frequenzgeteiltes Signal und aus einem zweiten übertragungsweg, in dem eine Phasenverschiebungsvorrich-

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tung angebracht ist, ein zweites frequenzgeteiltes Signal empfängt, wobei die Phasenverschiebungsvorrichtung die Phase des zweiten frequenzgeteilten Signals in Abhängigkeit von seiner Frequenz relativ zur Phase des ersten frequenzgeteilten Signals so verschiebt, daß der phasenempfindliche Demodulator ein Ausgangssignal liefern kann, das der Modulation' des Eingangssignals entspricht.

Der Frequenzteiler kann so ausgebildet sein, daß dem ersten Weg und dem zweiten Weg das gleiche frequenzgeteilte Signal zugeführt wird und daß die Phasenverschiebungsvorrichtung eine 90°-Phasenverschiebungsvorrichtung enthält, die die Phase des zweiten frequenzgeteilten Signals um 90° bezüglich des ersten frequenzgeteilten Signals verschiebt, und ferner eine Spule enthält, die parallel zu einem Kondensator zwischen der Masse und dem zweiten Weg angeschlossen ist, wobei die Spule und der Kondensator die Phase des zweiten frequenzgeteilten Signals in Abhängigkeit von seiner Frequenz verschieben.

Als Alternative kann vorgesehen sein, daß der Frequenzteiler so ausgebildet ist, daß er zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale liefert, von denen eines dem ersten Weg und das andere dem zweiten Weg zugeführt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung haben den Vorteil, daß wenigstens eine Mischerschaltung weggelassen werden kann, da die Frequenz des ankommenden HF-Signals wenigstens teilweise durch den Frequenzteiler in Richtung nach unten umgesetzt wird. Ferner haben diese Ausführungsbeispiele den Vorteil, daß die oben erwähnten Probleme mit PLL-Schaltungen nicht auftreten und daß die gesamte ümsetzungs- und FM-Demodulationsschaltung vereinfacht wird, wodurch die Herstellung solcher FM-Demodulatoren wirtschaftlicher erfolgen kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung haben weiterhin den Vorteil, daß sie sich

besonders für die Herstellung in Form einer integrierten Schaltung eignen.

Ein Frequenzteiler kann ein festes Teilerverhältnis N, beispielsweise N = 4, haben, wobei in diesem Fall die vom Frequenzteiler gelieferte Frequenz 1/4 der ihm zugeführten Frequenz beträgt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen bekannten FM-Empfanger mit einem FM-Demodulator in Form einer PLL-Schaltung_f

Fig. 2 einen FM-Empfänger mit einem FM-Demodulator nach der Erfindung und

Fig. 3 einen FM-Empfanger mit einer modifizierten Form eines FM-Demodulators nach der Erfindung.

In Fig. 2 ist ein FM-Empfanger dargestellt, der die ersten zwei Mischerschaltungen von Fig. 1 und einen FM-Demodulator 16 nach der Erfindung enthält. Der FM-Demodulator 16 enthält einen Frequenzteiler 17, der das zweite ZF-Signal F. mit einer Mittenfrequenz von 600 MHz empfängt. Der Frequenzteiler 17 hat das Teilerverhältnis N, mit N = 4 im vorliegenden Beispiel. Der Frequenzteiler 17 liefert somit ein frequenzgeteiltes Signal F . mit der Frequenz 150 MHz, das einem phasenempfindlichen Demodulator 18 über einen ersten Weg 19 direkt und außerdem über einen zweiten Weg 20 zugeführt wird. Im zweiten Weg 20 befindet sich eine Phasenverschiebungsvorrichtung, die eine eine Phasenverschiebung von 90° hervorrufende Anordnung enthält, die im vorliegenden Beispiel aus einem Kondensator C₁ sowie einem Kondensator C„ mit einer dazu parallel geschalteten Spule L besteht. Der Kondensator C„ und die Spule L verbinden den zweiten Weg 20 mit Masse,

damit dem Signal F eine von seiner Frequenz abhängige Verzögerung verliehen wird. Der Kondensator C. bewirkt eine Phasenverschiebung des über den zweiten Weg 20 übertragenen Signals F um 90°. Der phasenempfindliche Demodulator empfängt daher über den ersten Weg 19 ein erstes frequenzgeteiltes Signal und über den zweiten Weg 20 ein zweites frequenzgeteiltes Signal, wobei sich die beiden Signale in ihrer Phasenlage in bezug zueinander entsprechend der Frequenz des ZF-Signals verändern. Der phasenempfindliche Demodulator 18 liefert eine Ausgangsspannung V~, die für den Frequenzmodulationsinhalt des ankommenden HF-Signals kennzeichnend ist.

Fig. 3 zeigt einen FM-Empfänger mit einem modifizierten FM-Demodulator 16' nach der Erfindung. In Fig. 3 liefert der FM-Empfänger ein zweites ZF-Signal F. mit einer Mittenfrequenz von 600 MHz in der gleichen Weise wie der unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene FM-Empfänger. Das zweite ZF-Signal wird dem FM-Detektor 16' zugeführt, der einen Frequenzteiler 17' mit dem Teilerverhältnis N enthält, wobei im vorliegenden Beispiel gilt: N = 4. Der Frequenzteiler 17' liefert somit zwei Ausgangssignale F und F¹ jeweils mit der Frequenz 150 MHz, wobei die beiden Ausgangssignale um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Die Signale F . und F' , werden einem phasenempfindlichen Demodulator 18' zugeführt. Das Ausgangssignal F , wird dem phasenempfindlichen Demodulator 18' über einen ersten Weg 19 direkt zugeführt, während das Signal F¹ dem Demodulator 18' über einen zweiten Weg 20' zugeführt wird, der Phasenverschiebungsvorrichtungen enthält. Die Phasenverschiebungsvorrichtungen bestehen aus einem Kondensator C' und einer Spule L¹. Der phasenempfindliche Demodulator 18' übt die gleiche Funktion wie der phasenempfindliche Demodulator 18 aus, der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde; er erzeugt ein Ausgangssignal V^, das dem Modulationssignal entspricht, mit dem das ankommende HF-Signal moduliert

ist.

Das Weglassen der 9O°-PhasenverSchiebungsvorrichtung C. aus dem zweiten Weg 20 ermöglicht eine weitere Vereinfächung des FM-Demodulators nach der Erfindung, so daß sich dieser modifizierte FM-Demodulator besonders für einen Aufbau in einer integrierten Schaltung eignet.

FM-Demodulatoren nach der Erfindung können vorteilhafterweise in FM-Empfängern benutzt werden, die für den Empfang und die Demodulation besonders schwacher FM-Signale ausgelegt sind, bexspielsweise für Fernsehsignale, die von Satelliten ausgesendet worden sind.

Claims

PRINZ, LEISER, .BUNKB -3^RARTNER . Patentanwälte ** "Europfea*T'"Pätent""Attorneys ,-. · ι r rj r- r\ München Stuttgart PLESSEY OVERSEAS LIMITED 7. Dezember 1984 2-60 Vicarage Lane Ilford, Essex IG1 4AQ /England Unser Zeichen: P 3005 Patentansprüche

1. FM-Demodulator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler (17) vorgesehen ist, der die Frequenz eines FM-Eingangssignals (F. ) teilt, und daß mit dem Frequenzteiler ein phasenempfindlicher Demodulator (18) so gekoppelt ist, daß er aus einem ersten übertragungsweg (19) ein erstes frequenzgeteiltes Signal und aus einem zweiten Übertragungsweg (20), in dem eine Phasenverschiebungsvorrichtung angebracht ist, ein zweites frequenzgeteiltes Signal empfängt, wobei die Phasenverschiebungsvorrichtung die Phase des zweiten frequenzgeteilten Signals in Abhängigkeit von seiner Frequenz relativ zur Phase des ersten frequenzgeteilten Signals so verschiebt, daß der phasenempfindliche Demodulator ein Ausgangssignal (V_Q) liefern kann, das der Modulation des Eingangssignals (F. ) entspricht.

2. FM-Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Weg (19) und dem zweiten Weg (20) das gleiche frequenzgeteilte Signal zugeführt wird und daß die Phasenverschiebungsvorrichtung eine 90°-Phasenverschie-

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bungsvorrichtung (C₁) enthält, die die Phase des zweiten frequenzgeteilten Signals um 90° bezüglich des ersten frequenzgeteilten Signals verschiebt, und ferner eine Spule (L) enthält, die parallel zu einem Kondensator (C„) zwischen der Masse und dem zweiten Weg (20) angeschlossen ist, wobei die Spule und der Kondensator die Phase des zweiten frequenzgeteilten Signals in Abhängigkeit von seiner Frequenz verschieben.

3. FM-Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler so ausgebildet ist, daß er zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale (F ,, F' .) liefert, von denen eines dem ersten Weg und das andere dem zweiten Weg zugeführt wird.