DE2806890A1

DE2806890A1 - Quadratur-detektor

Info

Publication number: DE2806890A1
Application number: DE19782806890
Authority: DE
Inventors: Kimio Masaie; Kazuya Togawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-02-19
Filing date: 1978-02-17
Publication date: 1978-08-24
Also published as: JPS53102657A; US4144501A; JPS5821963B2; DE2806890C2

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & FABTNER

Murata Manufacturing Co. Ltd. 26-10, Tenjin 2-chome, Kagaokakyo-shi, Kyoto-fu, JAPAH

Quadratur-Detektor

PATENTANWÄLTE

DR.-1NG. RICHARD GLAWE. MÖNCHEN DlPU-ING. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPU-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHU HAMBURG

8000 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERFtSTR. 20 TEL. (069) 226548 TELEX 622505

MÜNCHEN

A 07

2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE TEL (040)41020 TELEX 2129

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Verwendung in einem FM-Empfänger und insbesondere einen solchen Detektor, der Kurvenformen in Quadratur bzw. mit 90°-Phasenverschiebung feststellt. Dieser wird im nachfolgenden als Quadratur-Detektor bezeichnet.

5 Das Prinzip des Quadratur-Detektors ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist die Ausgangsklemme eines Begrenzers 1, die an der letzten Stufe eines FM-Zwischenfrequenzverstärkers vorgesehen ist, einerseits mit einer ersten Eingangsklemme eines Phasenvergleichers 2 und anderer-

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BANK: DRESDNER BANK. HAMBURG, 4 030 448 (BLZ 200800 00) - POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 · TELEGRAMM: SPECHTZIES

seits mit einer zweiten Eingangsklemme des Phasenvergleichers 2 über einen Oszillatorschwingkreis oder eine Tankschaltung 3 und einen Phasenschieber 4 verbunden, Bas an die zweite Eingangsklemme des Phasenvergleichers 2 angelegte Signal wurde etwa um 90 bezüglich der Mittenfrequenz der FM-Zwischenfrequenz im Phasenschieber 4 phasenverschoben. Der Phasenvergleicher 2 dient dazu, die beiden Signale, die an die beiden Eingangsklemmen angelegt sind, miteinander zu vergleichen und dann ein Ausgangssignal in der Form einer Impulsreihe zu liefern. Dabei ändert sich die Zeitdauer eines jeden Impulses der Impulsreihe in Abhängigkeit von der Größenänderung der Phasendifferenz zwischen den an den Komparator 2 angelegten Signalen. Die am Ausgang des Komparators 2 auftretende Impulsreihe wird einem nicht dargestellten Integrator zugeführt und dann in der nächsten Stufe auf den Mittelwert gebracht, um ein frequenzdemoduliertes Signal zu erzeugen.

Der herkömmliche Oszillatorschwingkreis oder Tankschaltung 3 weist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, einen Multimoden-Resonator 5 des Energieanschlußtyps auf, der einen Schwingungsmode mit zwei oder mehreren verschiedenen Moden, wie etwa Dickenscherungsmode, Dickendrehmode und Dickenausdehnungsmode erzeugen kann. Der aus einem keramischen Metall bestehende Resonator 5 weist in laminierter Form auf seiner einen Fläche eine Eingangselektrode 5a und eine Ausgangselektrode 5ΐ> tmd auf seiner anderen Fläche eine gemeinsame Elektrode 5c auf. Die Eingangselektrode 5a lüid die Ausgangselektrode yo sind jeweils-mit einer ersten Eingangsklemme 6a

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und einer ersten AusgangBklemme 7a des Oszillatorschwingkreises 3 verbunden, während die gemeinsame Elektrode 5c einerseits geerdet und andererseits mit der zweiten Eingangsklemme 6b und der zweiten Ausgangsklemme 7b verbunden ist. Der Oszillatorschwingkreis 3 weist weiterhin einen Widerstand Ea auf, der mit der Ausgangselektrode 5b und der gemeinsamen Elektrode 5c verbunden ist.

Der Phasenschieber 4 weist einen Kondensator Co, der mit einer ersten Eingangsklemme 9a und einer ersten Ausgangsklemme 10a des Phasenschiebers 4 verbunden ist, und einen Widerstand Rb auf, der mit der ersten Ausgangsklemme 10a und einer zweiten Ausgangsklemme 10b verbunden ist. Die Eingangsklemmen 9a und 9*> des Phasenschiebers 4 sind mit den Ausgangsklemmen 7a und Tb des Oszillatorschwingkreises verbunden. In anderen Worten, der Oszillatorschwingkreis 3 und der Phasenschieber sind in sogenannter Kaskadenform miteinander verbunden.

Obwohl der Quadratur-Detektor der oben beschriebenen Art, der einen Multimoden-Resonator 5 des Energieanschlußtyps verwendet, relativ einfach in der Konstruktion ist und leicht als eine Freqeuenzmodulationsschaltkreis verwendet werden kann, ohne daß eine Einstellung seiner Bauteile erforderlich wäre, ist es doch erforderlich, einen Kondensator Co mit einer vergleichsweise niedrigen Kapazität, z.B. in der Größenordnung einiger pP bis einiger Zehntel pF, zu wählen, um eine Phasenverschiebung· von 90 zu erreichen. Eine derart kleine Kapazität des Kondensators Co, der zwischen der ersten Eingangsklemme 9a und der ersten Ausgangsklemme 10a des Phasenschiebers

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angeordnet ist, ergibt einen hohen Blindwiderstand, so daß das über den Kondensator Co übertragene Signal beträchtlich gedämpft wird. Demzufolge ist das am Widerstand Rb erzeugte Signal, d.h. das zwischen der ersten und zweiten Ausgangsklemme 10a und 1Ob erzeugte Signal so niedrig, daß das verfügbare Signal, wenn sein Spannungspegel einen 'i'orschwellenpegel des Vergleichers 2 überschreitet, auf eine kleine Bandbreite begrenzt wird, während das Signal selbst relativ klein ist. Darüberhinaus ist die mit einem niedrigen Stör- oder Terzerrungsverhältnis verfügbare Bandbreite relativ schmal.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, einen verbesserten Quadratur-Detektor zu schaffen, der ein großes Ausgangssignal mit einer großen Bandbreite des verfügbaren Signals erzeugen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Quadratur-Detektor der oben beschriebenen Art zu schaffen, der einfach in der Konstruktion ist und leicht und billig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der erfindungsgemäße Quadratur-Detektor im Phasenschieber einen Kondensator mit relativ großer Kapazität sowie ein Induktivitätselement, wie etwa eine Spule, in Parallelschaltung zum Resonator, z.B. zwischen der Eingangselektrode und der gemeinsamen Elektrode oder zwischen der Ausgangselektrode und der gemeinsamen Elektrode, aufweist, um den Blindwiderstand des Phasenschiebers zu vermindern. Damit wird das durch den

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Quadratur-Detektor, insbesondere durch den Kondensator gehende Signal nicht gedämpft und das am Ausgang des Quadratur-Detektors auftretende Ausgangssignal ist groß genug, um einen "breiten Frequenzbereich oder eine große Bandbreite zu liefern, wenn der Spannungspegel des Ausgangssignals den Torschw^-lenpegel des Vergleichers 2 überschreitet. Dariiberhinaus ist der verfügbare Frequenzbereich mit niedrigem Störverhältnis -relativ groß.

Damnach sieht die Erfindung einen Quadratur-Detektor vor, der einen Kondensator mit einer relativ hohen Kapazität und eine Spule aufweist, um den gesamten Blindwiderstand des Quadratur-Detektors auf einem relativ niedrigen Wert zu halten, der jedoch ausreichend iet für eine Phasenverschiebung eines hindurchgehenden FM-Signales um etwa 90°. Der Kondensator mit hoher Kapazität verhindert, daß ein Hindurchgehen dee PH-Signals beträchtlich gedämpft wird und ermöglicht dadurch, daß der Quadratur-Detektor ein großes Ausgangssignal liefert.

Ausführungsfonnen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 ein Blockschaltdiagramm, aus dem das Prinzip des Quadratur-Detektors zu ersehen ist;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm, in dem ein Teil des bekannten Detektors im Detaill dargestellt ist, nämlich der OBzillationsschwingkreis und der Phasenschieber}

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Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm ähnlich wie Fig. 2 eines Teiles des erfindungsgemäßen Quadratur-Detektors;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm, in dem der in Fig. 3 dargestellte Quadratur-Detektor mit einer FM-Signalquelle verbunden ist, um die Ausgangsamplitude

und Störkennlinien des erfindungsgemäßen Quadratur-Detektors festzustellen;

Fig. 5 ein Kurvenschaubild, in dem die Ausgangsamplitude

und die Störungskennlinien des erfindungsgemäßen und des bekannten Quadratur-Detektors zum Vergleich

aufgetragen sind und

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Quadratur-Detektor weist einen Oszillatorschwingkreis oder eine Tankschaltung 10 und einen Phasenschieber 15 auf. Der Oszillatorschwingkreis 10 weist einen Multimoden-Resonator 11 des Energieanschlußtyps auf, der eine Schwingungsmode erzeugen kann, und zwar zwei oder mehrere verschiedene Moden, wie etwa Dickenscherungsmode, Dickendrehmode und Dickenausdehnungsmode. Der aus piezoelektrischem Keramikmetall bestehende Resonator 11 ist in Laminarform auf seiner einen Oberfläche mit einer Eingangselektrode 11a und einer Ausgangselektrode 11b und auf seiner anderen Oberfläche mit einer gemeinsamen Elektrode 11c be-

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Bchichtet. Die gemeinsame Elektrode 11c kann dabei in mehrere, z.B. zwei Teile, wie es in der GB-PS 1 187 472 beschrieben ist, geteilt sein. Die Eingangselektrode 11a und die Ausgangselektrode 11b sind über eine Zuleitung 14a mit einer ersten Eingangsklemme 12a und über eine Zuleitung 14b mit einer ersten Ausgangsklemme 13a des Oszillatorschwingkreises 10 verbunden. Die gemeinsame Elektrode 11c ist einerseits geerdet und andererseits über eine Zuleitung 14c mit einer zweiten Eingangsklemme 12b und einer zweiten Ausgangsklemme 13h verbunden. Der Ozillatorschwingkreis weist weiterhin einen Widerstand H. und eine Spule L auf, die zwischen den Zuleitungen 14h und 14c liegen und parallel zueinander geschaltet sind.

Der Phasenschieber 15» der eine erste und zweite Eingangsklemme 16a und i6b und eine erste und zweite Ausgangsklemme 17a und 17b aufweist, ist mit dem Oszillatorschwingkreis 10 in Kaskadenform dadurch verbunden, daß die Ausgangsklemmen 13a und 13b jeweils mit den Eingangsklemmen i6a und i6b verbunden sind. Der Phasenschieber 15 weist einen mit der ersten Eingangsklemme i6a und der ersten Ausgangsklemme 17a verbundenen Kondensator C. und einen mit der ersten und zweiten Ausgangsklemme 17a und 17b verbundenen Widerstand E_? auf.

Es ist hier anzumerken, daß die Kapazität des im Phasenschieber 15 verwendeten Kondensators C₁ größer ist als die des Kondensators Go, der bei dem anhand von Pig. 2 beschriebenen bekannten Phasenschieber verwendet wird.

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Da der erfindungsgemäße Quadratur-Detektor im Oszillatorschwingkreis 10 als Induktivitätselement eine Spule L aufweist, ist der von der Spule L und dem Kondensator C₁ gebildete Gesamtblindwiderstand des Quadratur-Detektors im wesentlichen gleich dem Gesamtblindwiderstand des bekannten Quadratur-Detektors.

Andererseits ist der Gesamtblindwiderstand klein genug, um einen Phasenverschiebungswinkel für das durchlaufende FM-Signal von annähernd 90 zu erreichen. Der vom Kondensator C. gebildete Blindwiderstand iet niedriger als der des Kondensators Co, so daß die vom Kondensator C. verursachte Signaldämpfung viel kleiner ist als die durch den Kondensator Co. Schließlich ist das an den Ausgangsklemmen 17a und 17b des Phasenschiebers 15 erzeugte Ausgangssignal vergleichsweise so groß, daß das verfügbare Signal, wenn sein Spannungspegel einen Torschwellenpegel des Vergleichers 2 überschreitet, in einem großen Frequenzbereich erhalten werden kann, während das Signal selbst vergleichsweise groß ist. Darüberhinaus wird der ein niedriges Störverhältnis aufweisende Frequenzbereich vergrößert.

Fig ^ 4 zeigt einen Schaltkreis S, bei dem der Oszillatorschwingkreis 10 und der Phasenschieber 15 mit einer Integratorschaltung 30 verbunden sind. Die Integratorschaltung 30 weist mehrere Eingangs- und Ausgangsklemmen auf. Eine dieser Ausgangsklemmen, von der die FM-ZwiSehenfrequenz fo von 10,7 MHz abgenommen werden kann, ist mit der Eingangsklemme 11a des Resonators und eine der Eingangsklemmen mit einem Signalgenerator oder Oszillator 31 verbunden. Das vom Quadratur-Detektor erzeugte Signal

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wird von einer Ausgangsklemme 32 abgenommen und einem üpannungs- und einem Störungsmeßgerät (beide nicht dargestellt) zugeführt, um dessen Ausgangsamplituden- und Störverhältniskennlinien festzustellen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurde eine Kapazität des Kondensators C. von 120 ρϊ·¹ und eine Induktivität der Spule L von 3,3 AH verwendet.

Bei einer solchen Ausführungsform, wie sie oben beschrieben wurde, wurden die in Fig. 5 dargestellten Ausgangsamplituden- und S t örverhal tni skennlinien erhalten, wobei auf der Abszisse die Frequenz des FM-Signals und auf der Ordinate die Amplitude des festgestellten Signals und der Grad der Verzerrung bzw. das Störverhältnis in Prozent aufgetragen sind.

In Fig. 5 stellen die Kurven 40 und 41, in. durchgezogenen Linien, die Kennlinien der Ausgangsamplitude bzw. des Störverhältniesee. des erfindungsgemäßen Quadratur-Detektors und zum Vergleich die Kurven 42 und 43, in gestrichelten Linien, die Kennlinien der Ausgangsamplitude bzw. des Störverhältnisses des Quadratur-Detektors nach Fig. 2 dar, bei dem die Kapazität des Kondensators Co bei 6,8 pF liegt.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß man beim erfindungsgemäßen Quadratur-Detektor bei einer Zwischenfrequenz von 10,7 MHz ein Ausgangssignal mit einer Amplitude von 120 mV erhält. Im Vergleich dazu erhält man beim bekannten Quadratur-Detektor bei der gleichen Zwischenfrequenz ein Ausgangssignal mit einer Amplitude von 82 mV,

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die deutlich kleiner ist als die Amplitude beim erfindungsgemäßen Quadratur-Detektor.

Darüberhinaus erhält man beim erfindungsgemäßen Quadratur-Detektor einen Frequenzbereich, bei dem das Störverhältnis unterhalb von 1 % liegt, zwischen 10,6 MHz und 10,84 MHz, was eine Frequenzbandbreite von 240KHz ergibt. Im Vergleich dazu liegt der Frequenzbereich, bei dem das Störverhältnis unterhalb von 1 "Jo liegt, bei bekannten Quadratur-Detektor zwischen 10,65 MHz und 10,753 MHz, was einer Frequenzbandbreite von 85 KHz entspricht.

Aus dem vorhergehenden ist ersichtlich, daß beim erfindungsgemäßen Quadratur-Detektor die Ausgangsamplitude um etwa 40 mY und die Frequenzbandbreite mit einem niedrigen Störverhältnis um etwa 155 KHz gegenüber den Werten beim bekannten Quadratur-Detektor vergrößert wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Quadratur-Detektors. Bei dieser Ausführungsform ist die Spule L mit den Zuleitungen 14a und 14o verbunden, um den Blindwiderstand des Kondensators C₁ in im wesentlichen gleicher Weise, wie oben beschrieben wurde, zu kompensieren.

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß ein durch den Oszillatorschwingkreis 10 und den Phasenschieber 15 des erfindungsgemäßen

Quadratur-Detektors hindurchlaufendes Signal nicht so sehr gedämpft wird, wie die durch den bekannten Quadratur-Detektor laufenden Signal, da dadurch, daß zwischen der Eingangselektrode 11a und der gemeinsamen Elektrode 11c des Resonators 11 oder zwischen der Ausgangselektrode 11b und der gemeinsamen Elektrode 11c des Resonators 11 ein Induktivitätselement vorgesehen wird, der im Phasenschieber vorgesehene Kondensator einen niedrigen Blindwiderstand aufweisen kann. Da daruberhinaus das dem Eingang des Quadratur-Detektors zugeführte Signal, wie etwa das am Ausgang des Begrenzers 1 anliegende Signal, normalerweise eine vergleichsweise große Amplitude aufweist, die groß genug ist, um den Schwellenwert des Phasenvergleichers 2 zu überschreiten, kann ein frequenzdemoduliertes Signal erhalten werden, das einen hohen Ausgangspegel mit niedrigem Störverhältnis aufweist, während der Frequenzbereich mit niedrigem Störverhältnis vergrößert wird.

Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in den Rahmen der Erfindung.

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Claims

Patentansprüche

Quadratur-Detektor zur Erzeugung eines frequenzdemodulierten Signals durch feststellen der Phasendifferenz zwischen einem von
einem Begrenzer zugeführten ersten Signal und einem von dem Begrenzer über einen Oszillatorschwingkreis und einen Phasenschieber zugeführten zweiten Signal, das durch den Phasenschieber um etwa 90 phasenverschoben wird, dadurch gekennzeichnet , da8 es in Kombination aufweist :

im Oszillatorschwingkreis (1O) einen Multimoden-Resonator (11) des
Energieeinschlußtyps, der auf seiner einen Fläche eine Eingangs- und eine Ausgangselektrode (11a, 11b) und auf seiner anderen Fläche eine gemeinsame Elektrode (lic) in laminierter I'orm aufweist,

im Phasenschieber (15) einen Kondensator (C1), der mit der Eingangsund der Ausgangsklemme (i6a, 17a) cLes Phasenschiebers verbunden ist,

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ORIGINAL INSPECTED

.a.

im Phasenschieber (15) einen Widerstand (K2), der mit den beiden Ausgangsklemmen (17a, 17b) des Phasenschiebers verbunden ist, und

ein mit dem Resonator (.11) gekoppeltes Induktivitätselement (!■} zur Erleichterung· der Verwendung des Kondensators (,Ci) mit einer verg\Leichsweisen hohen Kapazität, um eine beträchtliche i)ämpfun*. des zweiten Signals beim Durchgang durch den Kondensator (C1) zu verhindern, wobei der Phasenschieber (15) ein Ausgangssignal mit hohem Pegel liefert.

2. Quadratur-Detektor nach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Induktivitätselement eine üpule [L) darstellt.

5. Quadratur-Detektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätselement (l) mit der Singangselektrode (I1a) und der gemeinsamen Elektrode (lic) des Resonators (11} verbunden iet.

4. Quadratur-Detektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das Induktivitätselement (L) mit der Ausgangselektrode (lib) und der gemeinsamen Elektrode (11c) des Resonators verbunden ist.

5· Quadratur-Detektor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die gemeinsame Elektrode (11c) eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material darstellt.

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6. Q.uadratur-Detektor nach Anspruch 5 j dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht eine sich auf der anderen Oberfläche des .Resonators (11) erstreckende feste Schicht darstellt.

7. Quadratur-Detektor nach Anspruch 5 » dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht in zwei Teile geteilt ist.

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