DE4238282A1 - Funkgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Funkgerät mit Umsetzung von Sende- und Empfangssignalen in mindestens eine Zwischen­ frequenzlage.

Bei Funkgeräten nach dem Superheterodyn-Prinzip wird emp­ fangsseitig eine Umsetzung des Empfangssignals in eine Zwischenfrequenzlage vorgenommen. Sendeseitig kann eben­ falls eine Umsetzung des zu sendenden Signals aus einer Zwischenfrequenzlage in die Sendefrequenz erfolgen. Zur Umsetzung in oder aus der Zwischenfrequenzlage wird je­ weils ein Mischer benötigt, mittels welchem das Empfangs­ signal bzw. das Sendesignal mit einer entsprechenden Mi­ schoszillatorfrequenz gemischt wird.

Aus GB 2188212 ist ein Funkgerät für Duplex-Übertragung bekannt, bei welchem nur im Empfangsbetrieb eine Umsetzung des Empfangssignals in eine Zwischenfrequenzlage vorgenom­ men wird. Zum Senden hingegen wird der Mischoszillator auf die Sendefrequenz abgestimmt und die Mischoszillatorfre­ quenz direkt moduliert. Der nur im Empfangsbetrieb erfor­ derliche Mischer wird hierzu im Sendebetrieb in einen reinen Verstärkerbetrieb umgeschaltet. Für den Duplex- Betrieb wird ein gemeinsamer Funkkanal in Zeitschlitze unterteilt, wobei in jedem Zeitschlitz wechselweise gesen­ det oder empfangen wird.

Weiterhin ist es aus dieser Schrift bekannt, daß zwischen Antenne und Mischer/Verstärker eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher je nach Betriebsart die Antenne mit dem Empfängereingang bzw. dem Senderausgang verbunden werden kann.

Die allgemeine Entwicklung bei tragbaren Funkgeräten geht dahin, die Baugröße von tragbaren Funkgeräten weiter zu verkleinern und den Endverkaufspreis möglichst preisgün­ stig zu gestalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde den Platzbedarf bei Funkgeräten zu verringern und zugleich auch kosten­ intensive Schaltungskomponenten durch andere, preisgün­ stigere Schaltungsteile zu ersetzen.

Diese Aufgabe wird bei einem Funkgerät der eingangs ge­ nannten Art durch folgende Merkmale gelöst:

• - einen Mischer, dessen Nutzung sowohl im Empfangsbe­ trieb als auch im Sendbetrieb vorgesehen ist,
• - hochfrequenzseitigen Mitteln zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignal und
• - zwischenfrequenzseitigen Mitteln zur Entkoppelung der Sende- und Empfangssignale.

Durch Verwendung von sowohl hochfrequenzseitiger als auch zwischenfrequenzseitiger Mittel zum Entkoppeln von Sende- und Empfangssignal ist auf diese Weise nur noch ein Mi­ scher erforderlich, der in Abhängigkeit der Mittel zur Entkoppelung als Sendemischer oder als Empfangsmischer ar­ beitet. Gegenüber herkömmlichen Funkgeräten, bei denen zwei Mischer vorzusehen sind, können somit die Kosten für einen zweiten Mischers eingespart werden. Besonders bei hochwertigen Mischern ist dies eine nicht unerhebliche Einsparung, gegenüber der die Kosten für die zusätzlich vorzusehenden Mittel zur Entkoppelung nicht ins Gewicht fallen.

Die Unterscheidung zwischen hochfrequenzseitig und zwisch­ enfrequenzseitig bezieht sich auf die Position der Mittel zur Entkoppelung bezüglich des Mischers und soll keine Be­ schränkung hinsichtlich der gewählten Frequenzen ausdrücken. Hochfrequenzseitig sind somit alle Mittel, die zwi­ schen Antenne und Mischer liegen, zwischenfrequenzseitig alle Mittel bzw. Schaltungsanordnungen, die zwischen dem Mischer und einer Zwischenfrequenzstufe liegen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, als Mischer einen bidirektionalen Mischer zu verwenden. Der Vorteil der Verwendung eines bidirektionalen Mischers ist, daß in Zusammenwirkung mit den Mitteln zur Entkoppelung gleichzeitiges Senden und Empfangen mit nur einem Mischer ermöglicht ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind als Mittel zur Entkoppelung Zirkulatoren beziehungsweise Leistungsteiler vorgesehen. Vorteilhaft bei der Verwendung von Zirkulato­ ren beziehungsweise Leistungsteilern ist, daß keine Steu­ ersignale zur Umschaltung zwischen Sende- und Empfangs­ betrieb benötigt werden.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind als Mittel zur Entkoppelung elektronische Schaltmittel vor­ gesehen. Diese bieten den Vorteil, daß sie die zu entkop­ pelnden Signale nur geringfügig bedämpfen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils unterschiedliche hochfrequenzseitige und zwischenfrequenz­ seitige Mittel zur Entkoppelung vorgesehen. Auf diese Weise ist es dem Fachmann möglich, die verwendete Schal­ tung hinsichtlich bestimmter Kriterien, beispielsweise hinsichtlich des Stromverbrauchs zu optimieren.

Die Erfindung wird nun anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Funkempfänger gemäß der Erfindung mit Zir­ kulatoren als Mittel zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignalen und einem bidirektionalen Mischer,

Fig. 2 die Anschlußbelegung eines Zirkulators,

Fig. 3 einen Funkempfänger gemäß der Erfindung mit Leistungsteilern als Mittel zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignalen und einem bidirek­ tionalen Mischer,

Fig. 4 die Anschlußbelegung eines Leistungsteilers,

Fig. 5 einen Funkempfänger gemäß der Erfindung mit elektronischen Umschaltern als Mittel zur Ent­ koppelung von Sende- und Empfangssignalen und einem monodirektionalen Mischer,

Fig. 6 einen Funkempfänger gemäß der Erfindung, bei dem die hochfrequenzseitigen Mittel zur Entkoppelung aus einem elektronischen Umschalter und die zwi­ schenfrequenzseitigen Mittel zur Entkoppelung aus einem Leistungsteiler gebildet sind.

Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung ein Funk­ gerät mit Sender und Empfänger gemäß der Erfindung. Beim ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden zum Senden und Empfangen voneinander verschiedene Frequen­ zen benutzt. Als Mittel zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignalen werden bei diesem Ausführungsbeispiel Zirkulatoren 5, 8 mit drei Anschlüssen verwendet.

In Fig. 2 ist die Anschlußbelegung eines solchen Zirkula­ tors mit drei Eingängen A, B, C wiedergegeben. Ein, auf einen Anschluß eines solchen Zirkulators gegebenes Ein­ gangssignal wird bezogen auf eine festliegende Drehrich­ tung an den nächstliegenden Anschluß weitergeführt. Die festliegende Drehrichtung wird im Schaltbild durch einen Pfeil angegeben. So wird ein am ersten Anschluß A anlie­ gendes Signal an den zweiten Anschluß B, ein am Anschluß B anliegendes Signal an den dritten Anschluß C und ein am dritten Anschluß C anliegendes Signal an den ersten Anschluß A weitergereicht.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird vor­ teilhafterweise ein bidirektionaler Mischer verwendet. Üblicherweise hat ein Mischer zwei Eingänge und einen Ausgang. An einem Eingang wird dem Mischer ein Eingangs­ signal und am anderen Eingang eine Oszillatorfrequenz zugeführt. Am Ausgang des Mischers können die Mischproduk­ te abgegriffen werden. Bei einem bidirektionalen Mischer kann das Eingangssignal auch am Ausgang zugeführt werden und die Mischprodukte können am Eingang abgegriffen wer­ den.

Als bidirektionaler Mischer eignet sich beispielsweise ein Ringmischer. Ein Ringmischer bietet bei diesem Aus­ führungsbeispiel auch noch den Vorteil, daß eine Mischung in beiden Richtungen zur gleichen Zeit vorgenommen werden kann, wodurch auch gegebenenfalls gleichzeitiges Senden und Empfangen möglich ist.

Zur Verzweigung zwischen Sende- und Empfangszweig, die an einer gemeinsamen Sende-/Empfangsantenne 1 betrieben wer­ den ist im Ausführungsbeispiel ein Duplex-Filter 2 mit je einem Anschluß 2a für die Antenne 1, einen Anschluß 2b für den Emfangszweig und einen Anschluß 2c für den Sendezweig vorgesehen. Zwischen dem Anschluß 2a für die Antenne und dem Anschluß 2b für den Empfangszweig liegt ein nicht dargestelltes Filter, dessen Durchlaßfrequenz auf die Empfangsfrequenz abgestimmt ist und die Sendefrequenz hinreichend sperrt. Mit dem Anschluß 2b des Empfangszweigs des Duplexfilters 2 ist eine HF-Eingangsstufe 3 verbunden, in welcher ein empfangenes Eingangssignal vorgefiltert und vorverstärkt wird.

Das vorverstärkte Eingangssignal gelangt über den ersten Anschluß 5a des hochfrequenzseitigen Zirkulators 5 über den zweiten Anschluß 5b des hochfrequenzseitigen Zirkula­ tors 5 zum hochfrequenzseitigen Anschluß 6a des Mischers 6. In einem Mischoszillator 7 wird die zur Umsetzung des Empfangssignals in das vorgesehene Zwischenfrequenzsignal benötigte Oszillatorfrequenz erzeugt und dem Mischer 6 an seinem Mischfrequenzeingang 6c zugeführt. Am zwischenfre­ quenzseitigen Anschluß 6b des Mischer 6 liegt somit das in die Zwischenfrequenzlage des Empfängers umgesetzte Ein­ gangssignal an. Dieses Empfänger-ZF-Signal wird über den ersten Anschluß 8a des zwischenfrequenzseitigen Zirkula­ tors 8 auf den zweiten Anschluß 8b des zwischenfrequenz­ seitigen Zirkulators 8 weitergegeben und somit letztlich einer im Empfangszweig liegenden Zwischenfrequenzstufe 9 zugeführt. In einer darauffolgenden, im Empfangszweig liegenden Signalaufbereitungsstufe 10 erfolgt gegebenen­ falls eine Umsetzung in eine weitere Zwischenfrequenzlage und anschließend eine Demodulation und niederfrequente Verarbeitung des Empfangssignals, um es anschließend bei­ spielsweise über einen Lautsprecher 11 wiederzugeben.

Im folgenden wird nun der Betrieb des Funkgerätes im Sen­ debetrieb beschrieben. Ein von einem Mikrofon 14 auf genom­ menes Sprachsignal wird in einer, im Sendezweig liegenden Schaltungsanordnung 13 zur Signalaufbereitung des Sende­ signals in ein moduliertes Signal umgesetzt. In einer im Sendezweig liegenden Zwischenfrequenzstufe 12 wird das modulierte Sendesignal in die benötigte Sende-Zwischen­ frequenz umgesetzt. Das Sende-Zwischenfrequenzsignal ist dem dritten Anschluß 8c des zwischenfrequenzseitigen Zir­ kulators 8 zugeführt, der das Sende-Zwischenfrequenzsignal an seinen ersten Anschluß 8a weiterreicht. Auf diese Weise wird das Sende-Zwischenfrequenzsignal dem zwischenfre­ quenzseitigen Anschluß 6b des Mischers 6 zugeführt.

Das in die Sendefrequenzlage umgesetzte Sendesignal am hochfrequenzseitigen Anschluß 6a des Mischers 6 wird über den hochfrequenzseitigen Zirkulator 5 einer Sendeausgangs­ stufe 4 zugeführt, in welcher eine Leistungsanhebung des Sendesignals vorgenommen wird. Dieses Sendeausgangssignal gelangt über den Anschluß 2c des Duplex-Filter 2 an die Empfangs-/Sendeantenne 1. Hierzu ist die Durchlaßfrequenz des zwischen Antennenanschluß 2a und dem Anschluß 2c des Sendezweiges liegenden, nicht dargestellten Filters auf die Sendefrequenz abgestimmt.

Durch die Wahl geeigneter Sende-Zwischenfrequenz und Emp­ fangs-Zwischenfrequenz und den auf diese unterschiedlichen Frequenzen abgestimmten Filtern in den Zwischenfrequenz­ stufen 9, 12 ist es in vorteilhafter Weise möglich für Sende- und Empfangsmischung die gleiche Mischoszillator­ frequenz zu verwenden.

Das zweite, in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist auf Halbduplex-Funkübertragungssysteme ausgelegt. Bei Halbduplex-Funkübertragungssystemen wird entweder nur gesendet oder nur empfangen. Als Mittel zur Entkoppelung zwischen Sende- und Empfangssignalen eignen sich daher auch wesentlich kostengünstigere Bauelemente als Zirkula­ toren.

Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht bis auf die Mit­ tel zur Entkoppelung dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel. Als Mittel zur Entkoppelung werden beim zweiten Ausführungsbeispiel Leistungsteiler verwendet.

Fig. 4 zeigt die Anschlußbelegung eines solchen Lei­ stungsteilers. Bei einem Leistungsteiler kann zum einen, ein an einem ersten Anschluß A anliegendes Signal auf einen zweiten und dritten Anschluß B, C aufgeteilt werden. Zum anderen eignen sich Leistungsteiler auch zur Lei­ stungskombination. Bei Einspeisung zweier Signale am zwei­ ten und dritten Anschluß B, C ist die vektorielle Summe der beiden eingespeisten Signale am ersten Anschluß A erhältlich.

Bei der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels werden für gleiche Funktionsblöcke die gleichen Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 verwendet. Als hochfrequenzseitiges Mittel zur Entkoppelung ist ein Leistungsteiler 15 mit seinem zur Leistungsteilung vorgesehenen Eingang 15a mit dem hochfrequenzseitigen Anschluß des Mischers 6 verbun­ den. Die beiden anderen, bei einer Leistungsteilung als Ausgänge wirkenden Anschlüsse 15b, 15c des Leistungstei­ lers 15 sind jeweils mit der Hf-Eingangsstufe 3 und der Sendeausgangsstufe 4 verbunden.

Im Empfangsbetrieb liegt ein von der HF-Eingangsstufe 3 stammendes Eingangssignal am zweiten Anschluß 15b an. Da der Eingang der Sendeendstufe 4 keinen Spannungsbeitrag liefert, liegt somit am ersten Anschluß 15a des hochfre­ quenzseitigen Leistungsteilers 15 nur das von der HF-Ein­ gangsstufe 3 stammende Eingangssignal an.

Im Sendebetrieb hingegen wird das am Eingang 15a des Lei­ stungsteilers 15 anliegende Signal auf die beiden An­ schlüsse 15b, 15c aufgeteilt. Ausgenutzt wird jedoch le­ diglich das am Eingang der Sendeendstufe 4 anliegende leistungsgeteilte Signal. Das am Ausgang der HF-Eingangs­ stufe 3 ebenfalls nun anliegende Signal wird nicht weiter­ verwendet und geht somit verloren. Der bei der Leistungs­ teilung auftretende Leistungsverlust muß dementsprechend durch zuätzliche Verstärkung ausgeglichen werden. Dafür sind aber auch die Kosten für einen Leistungsteilers sehr gering, so daß dieser Nachteil in einer solchen Ausfüh­ rungsform bewußt in Kauf genommen wird.

In gleicher Weise wird ein zwischenfrequenzseitiger Lei­ stungsteiler 16 dazu benutzt, das im Empfangsfall am zwi­ schenfrequenzseitigen Ausgang des Mischers 6 anstehende Empfangs-Zwischenfrequenzsignal durch Leistungsteilung der Empfangs-Zwischenfrequenzstufe 9 zuzuführen. Das ebenfalls am Ausgang der Sende-Zwischenfrequenzstufe 12 anstehende Signal geht wiederum verloren.

Im Sendebetrieb hingegen wird der zwischenfrequenzseitige Leistungsteiler als Leistungskombinierer betrieben. Das Ausgangssignal der Sende-Zwischenfrequenzstufe 12 wird durch den zwischenfrequenzseitigen Leistungsteiler 16 zum zwischenfrequenzseitigen Eingang des Mischers 6 durchge­ schleift.

Bei der Beschreibung des in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiels werden für im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene gleiche Funktionsblöcke wieder gleiche Bezugszeichen verwendet. Im dritten Aus­ führungsbeispiel werden als Mittel zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignal elektronische Umschalter 17, 18 verwendet. Als Umschalter 17, 18 eignen sich beispiels­ weise stromgesteuerte Diodenschalter. Durch solche Schal­ ter lassen sich in vorteilhafter Weise ein Großteil der Dämpfungsverluste bei der Entkoppelung der Signale ver­ meiden.

Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, un­ terschiedliche Sende- und Empfangsfrequenzen zu verwenden. Zur Umschaltung zwischen Empfangs- und Sendefrequenz wird als Mischoszillator 7 ein Oszillator verwendet, dessen Frequenz umschaltbar ist.

Zur Umschaltung zwischen Sendebetrieb und Empfangsbetrieb ist eine Steuerschaltung 19 vorgesehen, die die Umschalter 17, 18 und den Mischoszillator 7 ansteuert. Durch die besondere, in Fig. 5 dargestellte Anschlußbelegung der Umschalter 17, 18 kann auch ein monodirektionaler Mischer verwendet werden. Dem monodirektionalen Mischer 6 kann das zu mischende Signal nur am ersten Eingang 6a zugeführt und das gemischte Signal nur am Ausgang 6b abgenommen werden.

In Fig. 5 sind die Umschalter 17, 18 in der Schaltstel­ lung Empfangen dargestellt. Im Empfangsbetrieb ist durch die Schaltstellung des hochfrequenzseitigen Umschalters 17 der Ausgang der HF-Eingangsstufe 3 mit dem Mischerein­ gang 6a, und durch die Schaltstellung des zwischenfre­ quenzseitigen Umschalters 18 der Mischerausgang 6b mit der Empfangs-Zwischenfrequenzstufe 9 verbunden. Der Mischos­ zillator 7 ist durch ein Steuersignal auf die Frequenz abgestimmt, die zur Empfangsmischung benötigt wird.

Im Sendebetrieb werden durch entsprechendes Steuersignale die Umschalter 17, 18 in den jeweiligen entgegengesetzten Schaltzustand versetzt und der Mischoszillator 7 auf die benötigte Sendefrequenz eingestellt. Der Mischereingang 6a des Mischers 6 ist dadurch mit dem Ausgang der Sende- Zwischenfrequenzstufe 12, und der Mischerausgang 6b des Mischers 6 mit der Sendeendstufe 2 verbunden.

Welche Mittel zur Entkoppelung im Einzelnen bevorzugt Verwendung finden, hängt davon ab, welche Nebenbedingungen erfüllt werden sollen. So ist es unter Umständen auch vorteilhaft, in einem Funkgerät unterschiedliche Mittel miteinander zu kombinieren.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als hochfrequenzseitiges Mittel zur Entkoppelung ein elek­ tronischer Umschalter 20 und als zwischenfrequenzseitiges Mittel zur Entkoppelung ein Leistungsteiler 21 verwendet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer guten Lei­ stungsbilanz und einer noch akzeptablen Einfügungsdämp­ fung.

Während bei Leistungsteilern eine Durchgangsdämpfung von beispielsweise 3 dB in Kauf genommen werden muß, ist die Durchgangsdämpfung von beispielsweise stromgesteuerten Diodenschaltern vergleichsweise gering. Andererseits wird zum Schalten bei stromgesteuerten Diodenschaltern ein Schaltstrom in der Größenordnung von mehreren mA benötigt.

Bei Betrachtung des Stromverbrauchs des in Fig. 6 darge­ stellten Funkgerätes, muß die zusätzliche Leistungsver­ stärkung in Ansatz gebracht werden, die benötigt wird, um die durch den Leistungsteilers 21 hervorgerufenen Durch­ gangsdämpfungen auszugleichen. Da das Empfangs-Zwischen­ frequenzsignal beziehungsweise das Sende-Zwischenfre­ quenzsignal selbst nur eine geringe Leistung aufweisen, ist der durch die Durchgangsdämpfung verursachte Lei­ stungsverlust absolut gesehen nur gering. Daher fällt der zusätzliche Strombedarf, der für eine die Durchgangsdämp­ fung ausgleichende Leistungsverstärkung benötigt wird, kaum ins Gewicht.

Andererseits wird durch die Einfügungsdämpfung eines Lei­ stungsteilers auch der Signal-/Rauschabstand entsprechend verringert. Da wegen der relativ kleinen Signalamplituden empfangener Signale, das Empfangssignal selbst bereits einen niedrigen Signal-/Rauschabstand aufweist, wirft sich eine zusätzliche Verschlechterung des Signal-/Rauschab­ standes durch einen hochfrequenzseitigen Leistungsteilers besonders ungünstig aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher hochfrequenzseitig der höhere Stromverbrauch des elektronischen Umschalters 20 für einen besseren Si­ gnal-/Rauschabstand in Kauf genommen. Zwischenfrequenzsei­ tig hingegen ist durch die Frequenzmischung, beziehungs­ weise durch das zu sendende Signal selbst ein ausreichen­ der Signal-/Rauschabstand gegeben, so daß zwischenfre­ quenzseitig, wegen des geringeren Stromverbrauchs, dem Leistungsteiler 21 der Vorzug gegeben werden kann.

Die vorgestellten Mittel zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignalen erschöpfen sich nicht in den hier be­ schriebenen Ausführungsbeispielen. Aufgrund der beschrie­ benen Funktion ist es dem Fachmann möglich auch andere geeignete Mittel zur Entkoppelung von Sende- und Empfangs­ signalen zu wählen.

Claims (7)

1. Funkgerät mit Umsetzung von Sende- und Empfangssignalen in mindestens eine Zwischenfrequenzlage mit

• - einem Mischer (6), dessen Nutzung sowohl im Empfangs­ betrieb als auch im Sendbetrieb vorgesehen ist,
• - hochfrequenzseitigen Mitteln (5) zur Entkoppelung von Sende- und Empfangssignal und
• - zwischenfrequenzseitigen Mitteln (8) zur Entkoppelung der Sende- und Empfangssignale.

2. Funkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (6) ein Ringmischer ist.

3. Funkgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Entkoppelung Zirkulatoren (5, 8) vor­ gesehen sind.

4. Funkgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Entkoppelung (5, 8) Leistungsteiler (15, 16) vorgesehen sind.

5. Funkgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Entkoppelung elektronische Schaltmittel (17, 18) vorgesehen sind.

6. Funkgerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß jeweils unterschiedliche hochfrequenzseitige und zwi­ schenfrequenzseitige Mittel zur Entkoppelung vorgesehen sind.

7. Funkgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als hochfrequenzseitiges Mittel zur Entkoppelung ein elektronischer Umschalter (20), und als zwischenfrequenz­ seitiges Mittel zur Entkoppelung ein Leistungsteiler (21) vorgesehen ist.