DE2755867C2

DE2755867C2 - Frequenzumsetzeranordnung bei einem Sende-Empfangsgerät

Info

Publication number: DE2755867C2
Application number: DE2755867A
Authority: DE
Inventors: Masayasu Tokyo Hata; Michio Higuchi
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1982-09-30
Also published as: US4186344A; CA1099343A; JPS5380906A; FR2375759A1; DE2755867A1; FR2375759B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Frequenzumsetzeranordnung bei einem Sende-Empfangsgerät mit einem einzigen Oszillator im Sendekanal, der eine Gunn- oder Imp?.t-Diode aufweist, an der ein Gleichstromsignal anliegt, das von einem aus einem Basisband gebildeten Modulationssignal überlagert ist, dessen Oszillatorsignal über eine Koppeleinrichtung einem Mischer im Empfangskanal zugeführt ist, der mit dem von der Antenne empfangenen Eingangssignal eine Empfängerzwischenfrequenz bildet, und die Koppeleinrichtung einen Teil des Oszillatorsignals der Antenne zuführt.

Bei einer aus der DE-OS 25 38 350 bekannten Frequenzumsetzeranordnung mit einem Oszillator im Sendekanal, der eine Gunn-Diode aufweist, überlagert das in einem Verstärker verstärkte Basisband ein Gleichstromsignal. Dieses Gleichstromsignal bestimmt die Mittenfrequenz des Oszillators. Das Basisband kann aus analogen Signalen, wie etwa Sprache oder Telemetriedaten oder aus digitalen Signalen bestehen.

Das modulierte Oszillatorsignal wird einem Übertrager zugeführt über den ein Teil des Oszillatorsignals an eine Antenne gelangt Ein weiterer Teil des Oszillatorsignals und das von der Antenne dem Übertrager eingespeiste Empfangssignal werden einem Mischer im Empfängerkanal zugeführt, der eine Empfängerzwischenfrequenz bildet weiche in einem Demodulator demoduliert wird. Das demodulierte Signal am Ausgang des Demodulators enthält die Modulation des Empfängersignals als auch die Modulation des Basisbands im Sendekanal. Um das Basisband des Sendekanals im bmpfängerkanal zu löschen, wird das demodulierte Signal vom Ausgang des Demodulators einem Eingang eines Differentialverstärkers zugeführt, an dessen anderem Eingang das Basisband anliegt welches eine einstellbare Verzögerungseinheit durchlaufen hat Der Verstärkungsgrad des Verstärkers im Sendekanal ist veränderbar und dessen Verstärkung wird gesteuert durch einen Phasendemodulator, an dessen Eingänge einmal das verzögerte Basisband und zum anderen der Ausgang des Differentialverstärkers anliegen.

Bei dieser Frequenzumsetzeranordnung ist als nachteilig die niederfrequente Kompensation des sendeseitigen Basisbands im Empfängerkanal anzusehen. Beispielsweise können Temperatureinflüsse in der Verzögerungseinheit die eingestellte Verzögerungszeit des verzögerten Basisbands verändern. Die Veränderung der Verstärkung des Verstärkers im Sendekanal erfolgt zeitverzögert, da der Phasendemodulator vom Aüsgangssigna! des Differentialverstärkers gesteuert wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin zu sehen, daß der Oszillator nicht ausreichend frequenzstabil ist Um diesem Nachteil abzuhelfen, ist es aus der DE-OS 25 38 349 bekannt das Oszillatorsignal einem Hohlraumresonator zuzuführen, der ziemlich genau auf die Mittenfrequenz des Oszillators abgestimmt ist. Das Ausgangssignal des Hohlraumresonators wird einem Detektor zugeführt, dessen Gleichstromausgangssignal proportional dem Frequenzfehler des Oszillatorsignals ist Das Gleichstromausgangssignal wird einem Verstärker zugeführt, der das Gleichstromsignal für den Oszillator liefert, dem das Basisband überlagert wird.

Auch bei dieser Frequenzumsetzeranordnung tritt jedoch ebenfalls der Nachteil einer niederfrequenten Kompensation des sendeseitigen Basisbands im Empfängerkanal auf.

Es besteht die Aufgabe, die Frequenzumsetzeranordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine Kompensation des sendesei'iigen Basisbands auf der Niederfrequenzseite des Empfängers nicht erforderlich ist

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die bei der Frequenzumsetzeranordnung benutzte Frequenzverteilung und

F i g. 2 ein Blockdiagramm des Sende-Empfangsgeräts.

Die F i g. I zeigt die Frequenzverteilung gem. der vorliegenden Erfindung, wobei der Teil A oberhalb der horizontalen Linie die Frequenzverteilung beim Sender und der Teil B unterhalb der horizontalen Linie die

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Frequenzverteilung beim Empfänger wiedergibt Die horizontale Linie stellt die Frequenzachse dar.

In F i g. 1 bezeichnet die Bezugszahl 21 das Oszillatorsignal, während die Bezugszahl 22 das Sendeseitenband darstellt, welche die Summe des Oszillatorsignals 21 und der Sendezwischenfrequenz ist Das untere Seitenband, das zusammen mit dem oberen Seitenband durch den Modulator des Senders erzeugt wird, ist mit 23 bezeichnet Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das untere Seitenband nicht übertragen. Die Zwischenfrequenz des Senders ist mit 24 bezeichnet 25 ist wiederum das Oszillatorsignal, wobei dieses Signal 25 das gleiche ist wie das Oszillatorsignal 21 des Senders. 26 ist das Empfangssignal, wobei das Empfangssignal 26 mit dem Oszillatorsignal 25 gemischt wird. 28 ist die Zv/ischenfrequenz des Empfängers, 29 ist die Bandbreite für die Selektivität und 30 die Frequenzdifferenz zwischen dem Empfangssignal 26 und dem Sendeseitenband 22. Diese Frequenzdifferenz 30 ist üblicherweise ein ganzzahlig Vielfaches der Differenz jedes Kanals infolge der gesetzlichen Bestimmungen.

Bei der Auslegung des Systems wird zuerst das Frequenzband und die Frequenzdifferenz 30 bestimmt An Hand der Frequenzdifferenz 30 wird sodann das Sendeseitenband 22 und das Empfangssignal 26 bestimmt Das Oszillatorsignal 21 bzw. 25 wird so festgelegt daß eine Bandbreite 29 zwischen der Sendezwischenfrequenz und der Empfängerzwischenfrequenz besteht Diese Frequenzdifferenz ist also gleich der Differenz zwischen dem unteren Seitenband 23 des Senders und dem Empfangssignal 26. Das Hochfrequenzfilter 43 im Empfänger wird so ausgelegt daß durch dieses Filter das Empfangssignal 26 hindurchgeht, nicht jedoch das untere Seitenband 23 des Senders. «

Die F i g. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Sende- und Empfangsgeräts. Der Anschluß 31 dient zum Einspeisen des zu sendenden Basisbands. 32 ist ein Konverter zur Umsetzung des Basisbands in die Zwischenfrequenzlage. 33 ist die Speisespannungsquelle des Oszillators 34. *o 35 ist ein Hohlraumresonator und 36 eine Trennstufe zur Impedanzanpassung zwischen dem Oszillator und dem HF-Schaltkreis. 37 ist ein Zirkulator zum Abgriff des Oszillatorsignals für den Empfänger, 38 ist ein Sender-HF-Filter und 39 ein Zirkulator, der es « ermöglicht daß eine einzige Antenne für aen Sender und den Empfänger verwendbar ist Mit 40 ist der Antennenanschluß bezeichnet

41 ist ein Filter, über das das Oszillatorsignal abgreifbar ist 42 ist ein Dämpfungsglied zur Dämpfung des Oszillatorsignals. Mit 43 ist ein Hochfrequenzfilter des Empfängers bezeichnet, welches so ausgelegt ist daß wohl das Empfangssignal 26 hindurchgeht, nicht jedoch das untere Seitenband 23 des Senders. Mit 44 ist ein Mischer, mit 45 ein ZF-Filter des Empfängers, mit 46 ein ZF-Verstärker und mit 47 ein Demodulator bezeichnet Das NF-Signal wird am Anschluß 48 abgegriffen. Die Antenne und die Speisespannungsquei-Ie sowie der NF-Verstärker sind in F i g. 2 nicht gezeigt, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2 wird nachfolgend erläutert.

Das zu sendende Basisband wird am Anschluß 31 eingespeist und im Konverter 32 in eine Zwischenfre= quenzlage umgesetzt. Die Modulation erfolgt entsprechend dem Basisband in Phasenmodulation. Das phasenmodulierte Signal am Ausgang des Konverters 32 wird dem Oszillator 34 zugeführt, der weiterhin über die Speisespannungsquellc 33 ein Gleichstromsignal erhält Die Eingangsspannung des Oszillators 34 ist somit die Summe des Modulationssignals und des GJeichstromsignals. Der Oszillator 34 weist eine Gunn-Diode oder eine Impat-Diode auf. Es ist bekannt, daß derartige Dioden Mikrowellen erzeugen, wenn an ihnen eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom anliegt Die Ausgangsfrequenz des Oszillators 34 ist durch die Verwendung des Hohlraumresonators 35 festgelegt so daß die Frequenz genau die gleiche ist wie die Resonanzfrequenz des Resonators 35. Die Festlegung des Oszillators 34 auf die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 35 hat ihren Grund in der Reflektion der Frequenz durch den Resonator 35 infolge der Nichtübereinstimmung der Impedanzen zwischen dem Oszillator 34 und dem Resonator 35 bei der Resonanzfrequenz. Die vom Resonator 35 reflektierte Energie tritt wieder in den Oszillator 34 ein und die reflektierte Energie legt die Oszillatorfrequenz des Oszillators auf die reflektierte Frequenz fest Die Zeitkonstante ist hierbei sehr kurz, und die Oszillatorfrequenz wird nicht beeinflußt durch das Basisband, so daß also Jas Oszillatorsignal 21 genau gleich der Resonanzfrequenz des Hohlraumrc ionators ist Beim Betrieb wird das Gieichstromsignai, dar am Oszillator anliegt überlagert mit dem Modulationssignal des Konverters 32, das aus dem in die Zwischenfrequenziage umgesetzten Basisband besteht In diesem Fall erzeugt der Oszillator 34 das obere Seitenband 27 und das untere Seitenband 26 des Senders. Der Q- Wert des Hohlraumresonators 35 wird so gewählt daß die beiden Seitenbänder auftreten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt bei einem Frequenzband von 40 GHz der <?-Wert des Hohlraumresonators 10 000. Die Reflektionsenergie vom Resonator zum Oszillator beträgt 3 dB und die Amplitudenänderung am Ausgang des Resonators betrug 3% im Vergleich zum Stand der Technik. Die Frequenzänderungen bei Frequenz- oder Phasenmodulation am Ausgang des Resonators lag bei 1% im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik.

Der Oszillator 34, dessen Gleichstromsignal überlagert wird mit dem Modulationssignal, d. h. phasenmodulierten ZF-Signal, erzeugt ein Frequenzspektrum im Bereich zwischen dem oberen Seitenband 22 und dem unteren Seitenband 23 und dem nicht modulierten Oszillatorsignal 21 bzw. 25 in der Mitte zwischen den Seitenbändern.

Am Ausgang des Hohlraumresonators 35 stehen also die Frequenzen der Seitenbänder 22, 23 und des Oszillatorsignals 21 an, die der Trennstufe 36 zugeführt werden. Diese Trennstufe 36 bewirkt eine Impedanzanpassung zwischen dem Oszillatorsystem, bestehend aus dem Oszillator 34 und dem Resonator 35, und den nachgeschalteten Schaltkreisen. Der Ausgang der Trennstufe 36 wird dem Zirkulator 37 zugeführt, über den Ja:; Oszillatorsignal abgekoppelt wird. Dieses Oszillatorsignal wird dem Mischer 44 des Empfängers zugeführt Dieses Oszillatorsignal läuft Uurch ein Bandpaßfilter 41 und ein Dämpfungsglied 42. Die Mittelfrequenz des Bandpaßfilters 41 ist natürlich die gleiche wie die Frequenz des Oszillatorsignais 21 bzw. 25. Das Ausgangssignal des Zirkulator 37 wird dem Hochfrequenzfilter 38 des Senders zugeführt. Dessen Frequenz ist gleich derjenigen des oberen Seitcnbands 22. Somit kann lediglich das obere Seitenband 22 durch das Filter 38 hindurch, welche dann über den Zirkulator 39 und den Antennenanschluß 40 zur Antenne gelangt.

Es ist zu vermerken, cliiß die Sendezwischenfrequcnz beträchtlich höher ist a!s die Frequenz des Basisbands, so daß Änderungen der Frequenz des oberen Seitenhands 22 infolge einer Änderung der Frequenz des Basisbands vernachlässigt werden können. Durch das ^r, Filter 38 geht daher immer das obere Seitenband 22 hindurch, obwohl dieses obere Seitenband infolge der Modulation geringfügige Frequenzänderungen aufweist.

Das empfangene Signal wird von der Antenne dem in Mischer 44 über den AntennenanschluD 40, den Zirkulator 39 und das Empfänger-HF-Filter 43 zugeführt. Dem Mischer 44 wird weiterhin das Oszillatorsignal 21 bzw. 25 zugeführt, und zwar über den Zirkulator 37. das Filter 41 und das Dämpfungsglied 42. Das η Empfangssignal 26 und das Oszillatorsignal werden gemischt, derart, daß die Frequenz des empfangenen Signals zur Empfängerz'.vischenfrequenz 28 umgewandelt wird. Es ist anzumerken, daß das vom Oszillator 34 erzeugte Oszilliitorsignal rein und stabil ist, d. h., keine Verzerrungen und kein Rauschen aufweist, und vom Basisbandsignal nichtmoduliert ist, da das Oszillatorsignal stabilisiert wird durch den Resonator 35. Dementsprechend findet kein Übersprechen des Sendersignals auf das Empfangssignal über den Oszillator- 2ί signalabgriff statt.

Das ZF-Signal am Ausgang des Mischers 44 liegt am Filter 45 an. Der Ausgang des Filters 45 wird über »inen Verstärker 46 einem Demodulator 47 zugeführt, wobei eine Schwundregelung vorgesehen ist, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Demodulator 47 demoduliert das ZF-Signal und gibt über den Anschluß 48 ein Empfängerbasisbandsignal ab.

Da eine leere Bandbreite 29 zwischen dem unteren Seitenband 23 des Senders und dem Empfang.ssignal 26 vorhanden ist. wird das untere Seitenband 23 des Senders durch die Filter 41 und 45 um mehr als 100 dB gedämpft, so daß das untere Seitenband 23 des Senders nicht zum Demodulator 47 gelangen kann. Dementsprechend werden auch Signale, welche von anderen Sendern empfangen werden, durch die Filter 43 und 45 um mehr als 8OdB gedämpft, so daß durch Interferenz mit anderen Systemen keine Rauschüberlagerungen auftreten können.

Nachfolgend werden die Daten eines praktisch *5 ausgeführten Systems wiedergegeben:

Frequenzband 38 —40CiII/

Frequenzdifferenz zwischen dein Sende-

seitenband und dem Empfang.ssignal 700 MHz

Sendeleistung 100 mW

Sendeumsetzungswirkungsgrad

(Verhältnis der ZF-I.eistung,

anliegend am Oszillator 34,

und der HF-Leistung, erhältlich

am Ausgang

des Oszillators 34) 0 bis-5 dB

Übertragungsgeschwindigkeit

des Basisbands 6,3 Mb/sec.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Zwischenfrequenz 24 des Senders geringer als die Zwischenfrequenz 28 des Empfängers. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist es aus Fig. I her klar, daß die Zwischenfrequenz 24 des Senders höher ist als die Zwischenfrequenz 28 des Empfängers. Im zweiten Ausführungsbeispiel muß die Auslegung des Sendeseitenbands, des Empfangssignals und der Zwischenfrequenzen geändert werden und dementsprechend auch die Arbeitsfrequenzen des Konverters 32, des Filters 38, des Filters 43 und des Filters 45 gem. F i g. 2.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wurde die Frequenzdifferenz 30 zwischen dem oberen Seitenband 22 des Senders und dem Empfangssignal 26 ersetzt durch c···: Frequenzdifferenz 29. In diesem Fall ist das Oszillatorsignal 21 bzw. 25 das gleiche wie im obigen Ausführungsbeispiel, jedoch ist dann das Sendeseitenband und das Empfangssignal gleich den Frequenzen bei 22 und 27 oder gleich den Frequenzen bei 23 und 26. Das heißt also, daß sowohl das Sendeseitenband als das Empfangssignal nur an einer Seite (obere Seite oder untere Seite) des Oszillatorsignals angeordnet sind. Das dritte Ausführungsbeispiel wird erhalten lediglich durch Veränderung der Arbeitsfrequenz der Filter 38 und 43.

Der Oszillator dient sowohl als Sender- als auch als Empfängeroszillator. Die einzigen aktiven Bauteile im HF-Bereich des Senders und des Empfängers sind der Oszillator 34 und der Mischer 44.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzumsetzeranordnung bei einem Sende-Empfangsgerät mit einem einzigen Oszillator im Sendekanal, der eine Gunn- oder Impat-Diode aufweist, an der ein Gleichstromsignal anliegt, das von einem aus einem Basisband gebildeten Modulationssignal überlagert ist, dessen Oszillatorsignal Ober eine Koppeleinrichtung einem Mischer im Empfangskanal zugeführt ist, der mit dem von der Antenne empfangenen Eingangssignal eine Empfängerzwischenfrequenz bildet, und die Koppeleinrichtung einen Teil des Oszillatorsignals der Antenne zuführt dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal das in eine Sendezwischenfrequenzlage umgesetzte Basisband ist, daß die Koppeleinrichtung ein Zirkulator (37) ist, zwischen dessen erstem Ausgang und der Antenne ein erstes Filter (38) angeordnet ist, das ein Sendeseitenband (22 oder "23), das im Oszillator (34) aus dem Oszillatorsignal (21) und der Sendez wischen frequenz (24) gebildet ist, filtert und zwischen dem zweiten Ausgang des Zirkulator (37) und dem Mischer (44) im Empfangskanal ein zweites Filter (41) angeordnet ist, welches das nicht modulierte Oszillatorsignal (21) aus dem im Oszillator gebildeten Frequenzspektrum filtert, und daß zwischen der Antenne (40) und dem Mischer (44) im Empfangskanal ein Empfangsfilter (43) angeordnet ist, das das Empfangssignal (26 oder 27) filtert

2. FrequenAumsetzeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ci Sendezwischenfrequenz (24) unterschiedlich zur Empfängerzwischenfrequenz (28) ist das Sendeseite-.band (22 oder 23) ober- oder unterhalb der Frequenz des Oszillatorsignals (21) liegt und die Frequenz des Empfangssignals (26 oder 27) jeweils entgegengesetzt zur Frequenz des Seitenbandes (22 oder 23) an der anderen Seite der Frequenz des Oszillatorsignals (21) liegt.

3. Frequenzumsetzeranordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet daß die Sendezwischenfrequenz (24) unterschiedlich zur Empfängerzwischenfrequenz (28) ist und das Sendeseitenband (22 oder 23) und die Frequenz des Empfangssignals (27 oder 26) ober- oder unterhalb der Frequenz des Oszillatorsignals (21) liegen.