DE893209C - Schaltungsanordnung zur Umformung frequenzmodulierter in amplitudenmodulierte Energie - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. OKTOBER 1953

R 7498 VIIIaJ si a*

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Empfang und zur Demodulation frequenzmodulierter Trägerwellen. Insbesondere bezieht ■sich die Erfindung auf Einrichtungen zur Umwandlung einer frequenzmodulierten Trägerwelle in entsprechende Amplituden- oder Intensitätsschwankung eines Stromes oder einer Spannung.

Bisher wurden für den Empfang frequenzmodulierter Trägerwellen stets Überlagerungsempfänger benutzt. Diese Empfänger enthielten häufig Begrenzerstufen, um das Rauschen zu verhindern, welches bei der Amplitudenmodulation entsteht und ein Diskriminatornetzwerk, um die Frequenzschwankungen in entsprechende Amplitudenschwankungen umzusetzen. Derartige Stufen- und Netzwerke sind ziemlich teuer und erfordern eine verhältnismäßig große Anzahl von Schaltelementen. Außerdem sind die Diskriminatornetzwerke und Begrenzerstufen, in der Einstellung schwierig. Bei den Empfangseinrichtungen gemäß der Erfindung braucht man jedoch keine derartigen Stufen zu verwenden.

Es wurde auch vorgeschlagen, Superregeneratifvempfänger zu verwenden, welche einen Zwischenfrequenz.träger liefern, dessen Mittelfrequenz auf der Flanke der Frequeozkennlinie des Zwischen-' frequenzverstärkers liegt. Jedoch sind bei einem derartigen Empfangssystem ebenfalls alle kostspieligen und genau einzustellenden Stufen der weiter obenerwähnten Empfangseinrichtung notwendig.

Eine weitere Schaltung, die für die Gleichrichtung frequenzmodulierter Trägerwellen entwickelt

worden ist, beniutzt zwei gekoppelte Resonanzkreise, die auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind und von denen jeder an ein Gitter einer Vielgitterröhre angeschlossen ist. Eine veränderliche Zwischenfrequenz liefert, wenn man sie den abgestimmten Kreisen zuführt, einen der Frequenzabweichung entsprechenden Phasenunterschied' an den beiden erwähnten Gittern und der Anodenstrom der Vielgitterröhre ist daher, da beide Gitter zur Strom-ίο steuerung beitragen, sowohl von. dem Phasenunterschied' als auch von der Größe der zugeführten Spannungen abhängig. Die Amplitudenschwankungen dieses Anodenstromes entsprechen also den Frequenizschwankungen der zugeführten Spannung. Ferner ist eine Demodulationsschaltung mit einem eigenen Oszillator vorgeschlagen worden, wobei die Os'zillatorspannung gleich der Mittelfrequenz des Zwischenifrequenzibereichs ist. Diese Oszillatorspannung wird einem Gitter einer Vielgitterröhre zugeführt. Der frequenzmodulierte Träger liegt unabhängig davon an einem anderen Gitter der Röhre. Die Wirkungsweise der Röhre stimmt dann weitgehend mit derjenigen der obenerwähnten Mehrgitterröhre überein, d. h. daß der Phaeenunterschied und die Amplituden der beiden Gitterspannungen zur Erzeugung eines amplitudenmodulierten Anodenstromes in der Röhre führen, wobei diese Amplitudenmodulation der Frequenzmodulation dex ziugeführten Spannung entspricht.

Jedoch sind für den Betrieb der beiden zuletzt erwähnten Schaltungen getrennte Überlagerungskreise nötig, ferner Zwischenfrequenzverstärker von üblicher' Ausführung und schließlich noch Begrenzerstufen. Gemäß der Erfindung sind alle diese Bestandteile nicht mehr erforderlich und es wird doch ein guter Empfang frequenzmodulierter Träger ermöglicht.

Dementsprechend besteht ein Zweok der Erfindung darin, eine einfache und nicht kostspielige Einrichtung zum Empfang und zur Umwandlung eines frequenzmodulierten Trägers in einen .amplitudenmodulierten Zwischenfrequenzträger zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird eine Empfangseinrichtung vorgesehen, die eine Umwandlerstufe enthält, derenAusgangsspannung die Eigenschaften einer Resonanzkurve besitzt, ohne daß die üblichen zu einem Resonanzkreis gehörigen Schaltelemente vorhanden sind. Weiterhin werden bei der erfindungsgemäßen Schaltung widerstandsgekoppelte Zwischenfrequenzstufen und ein einfacher Airnplitudenmodulationsdetektor verwendet.

Fig. ι ist eine schematische Schaltung eines erfindungsgemäßen Empfängers für Frequenzmodulation;

Fig. 2 ist eine schematische Schaltung eines Teiles des Empfängers nach Fig. 1, welche eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt; Die Fig. 3 zeigt eine Kurve, welche die Abhängigkeit der gleichgerichtetenAusgangsspannung der Zwischenfrequenzverstärkerstufen von - der Frequenzabweichung einer zugeführten Zwischenfrequenzspannung angibt, die man bei geeigneter Bemessung der Widerstandskondensatorglieder, die zur Kopplung dienen, erhalten kann.

Fig. 4 enthält Kurven, welche die Abhängigkeit der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Ausführungsform nach Fig. 2 von der Frequenzabweichung der Spannung des örtlichen Oszillators angeben, und zwar für verschiedene Werte der Schaltelemente dieses Oszillatorkreises.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der gleichgerichteten Ausgangs spannung des Empfängers nach Fig. ι von der Frequenz eines Trägers, der von einem örtlichen Oszillator von fester Frequenz abgenommen wird.

In Fig. ι ist ein Eingangskreis 6, der ein Teil eines Antennenkreises oder auch ein Teil des Ausganigskreises einer vorgeschalteten Hochfrequenzverstärkerstufe sein kann, induktiv an die Eingangsspule 8 einer Hochfrequenzverstärkerröhre 13 angekoppelt. Die Spule 8 wird mittels der verteilten Kapazität auf ungefähr 100· MHz abgestimmt und liegt zu einem Widerstand 10 parallel, durch welchen die Frequenzkurve des abgestimmten Kreises so verbreitert wird, daß der Kreis auf den Bereich von etwa 8(8 bis 108· MHz anspricht, welcher dem heutigen Frequenzmodu/lationsrundiunldband entspricht. Das eine Ende des Widerstandes 10 liegt am Steuergitter 12 der Hochfrequenizverstärkerröhre 13, während sein anderes Ende über den für Hochfrequenz einen Kurzschluß darstellenden Kondensator 14 geerdet und außerdem an eine zur selbsttätigen Verstärkungsregelung dienende Leitung 15 angeschlossen ist. Zur Vervollständigung des Eingangskreises der Röhre 13 ist deren Kathode 16 unmittelbar geerdet.

Die Spule 18 liegt zwischen der Anode 17 und der positiven Klemme B + einer nicht mit dargestellten Anodenspanmingsquelle, deren negative Klemme normalerweise geerdet ist. Die verstärkten trägerfrequenten Ausgangsspannungen der Röhre 13 treten an der Spule 18 auf, welche gleichzeitig einen Teil des örtlichen Oszillatorkreises darstellt, wie an Hand der Fig. 2 noch genauer erläutert werden wind. Das Schirmgitter 19 der Röhre 13 liegt unmittelbar an der Klemme B + und ist für Hochfrequenz über den Kondensator 20 geerdet.

Eine Konverterröhre 22, die als Fünfpolröhre dargestellt ist, jedoch für die Zwecke der Erfindung auch eine andere Mehrgitterröhre mit wenigstens zwei Gittern, sein kann, wird als kombinierte Misch- und Oszillatorröhre verwendet. Die Wirkungsweise dieser Schaltung wird ebenfalls an Hand der Fig. 2 erläutert. Der Eingangskreis für das Steuergitter 30 der Röhre 22 enthält eine abgestimmte Schaltung, bestehend aus einer Spule 24 mit versteilbarem Kern, und einem Kondensator 25, wobei dieser ParallelresonaMzkreis- auf eine um etwa 500 kHz höhere oder tiefere Frequenz abgestimmt ist als diejenige der Hochfrequenizträgerwelle, um die gewünschte Zwischenfrequenz herzustellen.

Durch die abstimmbare Spule 24 und die eng mit ihr gekoppelte feste Spule 18 werden die nötigen

Kreise für den Oszillatorteil der Konverterröhre 22 gebildet.

Eine unmittelbare Venbindung zwischen dem anodenseitigen Ende der Spule i8 und dem Schirmgitter 26 der Röhre 22 stell't die eine Eingangsklemme für den hochfrequenten Träger der Konverterröhre dar, während' die andere Eingangsklemime durch Erde gebildet wird. Am Steuergitter 30 der Röhre22 Hegt ein Kondensator 28 zusammen mit einem Gitterableitwiderstand 29 zur Herstellung der richtigen Vorspannung für den Schwingvorgang. Ein Belastungswiderstand 32 -ist zwischen die Anode 33 und die Klemme B + eingeschaltet.

Die Kathode 34 der Konverterröhre 22 liegt an Erde, um den Eingangskreis für den hochfrequenten Träger und ferner den Anodengleichstromweg für die Konverterröhre zu schließen. Es sei bemerkt, daß die Größen der Kondensatoren 25 und 28, des Widerstandes 29 und der Rüekkopplungsspule 18 für einen zufriedenstellenden Betrieb der Konverterröhre kritisch sind. Dies wird jedoch an Hand der Fig. 3 bis 5 noch genauer erläutert. Es sei jedoch schon jetzt bemerkt, daß der Ausgang der Konverterstufe eine frequenzmodulierte Zwischenfrequenz ist, welche eine Amplitudenmodulation entsprechend der Frequenzmodulation der empfangenen hochfrequenten Trägerwellen aufweist.

Die Zwischenfrequenzverstärkerstufen der Empfangseinrichtung enthalten widerstandsgekoppelte Verstärkerröhren 36 und 40 von an sich bekannter Art. Die Wirkungsweise der Zwischenf requenz-S'tufen braucht daher nur kurz besprochen zu werden.

Die erste Zwischenfrequenzröhre 36 ist mittels eines Widerstandes 37 und eines Kopplungskondensators 38 sowie eines Gitteralbleitwiderstandes 39 an die Konverterröhre 22 angeschlossen. Die Ausgangsseite der Röhre 36 enthält den Las towi der stand 42 und liegt über ein weiteres Koppelglied 43, 44 am Eingang der zweiten Zwischenfrequenzröhre 40. Der Ausgang dieser Röhre ist an den Diodenteil einer gewöhnlichen Duodioden-Dreipolröhre 48 angeschlossen, die als Amplitudenmodulationsdetektor und als erste Niederfrequenzverstärkerröhre dient.

Die Anode 46 der einen Diode der Röhre 48 · dient zusammen mit der Kathode 49 als Gleichrichter oder Detektor zur Erzeugung der Modulationskomponente der Zwischenfrequenzspannung und liefert außerdem eine. Verstärkerregelspannung ■ entsprechend der Größe der Trägerwelle. Die Moduilatiionsspannung entsteht am Widerstand 52, der einseitig an Erde liegt und über den Widerstand 57 an den Gitterableitwiderstand 39 der ersten Zwischenfrequenzröhre 36 sowie an den Gitterableitwiderstand: 10 der Hochfrequenzröhre 13 angeschlossen ist. Der Widterstand'57 bildet zusammen mit einem Kondensator 55 das übliche Filter für die selbsttätige Verstärkerregelspannung.

Ein verschiebbarer Abgriffpunkt 56 auf dem Widerstand 52 dient zur Einstellung der Verstärkerregelspannung und ist über einen Kondensator 58 an das Steuergitter 59 des Verstärkerteils der Röhre 48 angeschlossen. Dieser Gitterkreis ist über den Widerstand 60 und Erde geschlossen.

Zwischen der Anode der Röhre 48 und der Klemme B + liegt ein Lastwiderstand 62. Die an ihm auftretenden Signalspannungen können» weiteren Niederfrequenztverstärkerstufen, die nur durch ein Rechteck 65 angedeutet sind, zugeführt werden, um eine genügende Ausgangsleistung zur Speisung weiterer Übertragungsglieder, beispielsweise eines Lautsprechers 66, zu erzeugen.

In Fig. 2 ist schematisch die Schaltung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche eine Abwandlung des in Fig. 1 innerhalb des punktierten Rechtecks 67 dargestellten Teiles enthält.

Die hochfrequente Trägerwelle wird 'unmittelbar dem Steuergitter/68 einer Hochfrequenzverstärkerröhre 69 zugeführt, welche als Fünfgitterröhre dargestellt ist. Diese hochfrequente Eingangsspannung kann unmittelbar von einer Antenne oder von der Ausgangsseite einer vorgeschalteten Hochfrequenzverstärkerröhre abgenommen werden. Wie. bei Fig. 1 oben erläutert, wird die Eingangsspule 8 mittels der verteilten Kapazität auf etwa 100 MHz abgestimmt und eifhält durch den Parallelwiderstand 10 eine breite Frequenzkennlinie.

Die Ausgangsseite der Hochfrequenzverstärker- go röhre 69 enthält zwei eng gekoppelte Spulen 18 und 24 des Oszillators, wobei die Spule 18 zwischen der Anode 70 und der Klemme B + liegt.

Die örtlichen Schwingungen zur Mischung und Frequenzumsetzung der hochfrequenten Trägerwelle werden von dem OsziHatorteil der Konverterröhre 22 geliefert, der aus der Kathode 34, dem Steuergitter 30 und dem Schirmgitter 26 dieser Röhre besteht. Ein abgestimmter Kreis, bestehend aus der Spule 24 und ihrer verteilten Kapazität, der auf eine Frequenz dberhal/b oder unterhalb der Mittelfrequenz des hochfrequenten· Eingangsträgers abgestimmt ist und von. ihr um den Betrag der gewünschten Zwischenfrequemz abweicht, liegt über einen Kondensator 28 am Steuergitter.30 der Konverterröhre 22. Der Gitterableitwiderstand 29 liegt zwischen Gitter 30 und Erde und' bewirkt zusammen mit dem Kondensator 28 die Entstehung der Gittervorspannung der Röhre 22. Die Ausgangsseite der Konverterstufe enthält einen Lastwiderstand 32 zwischen der Anode 33 und der Klemme B +. Das Ausgangssignal besteht aus einer aniplitudenmodulierten in ihrer Frequenz schwankenden Zwischenfrequenzspannung.

Die Kurve A in Fig. 3 zeigt die Kennlinie, welche durch die Kondensatorwiderstandskopplung der Zwischenfrequenzröhren 36 und 40 zusammen mit den Kennlinien der Konverterstufe entsteht und eine verzerrungsfreie Umsetzung einer frequenzmodulierten Spannung in eine amplituden- iao modulierte Trägerwelle von anderer Frequenz führt. Es ist jedoch nodh zu bemerken, daß Zwischenfrequenzverstärker, die im Bereich der Frequenzschwankung des Zwischenfrequenzträgers eine flach verlaufende Kennlinie besitzen, zu einer Ausgangsspannung führen, die bei geeigneter Be-

messung der Elemente des Oszillatorkreises -mit den gegenwärtig üblichen Frequenzmodulationsempfängern vergleichbar ist.

Ausführliche Versuche an einer gemäß der Erfindung aufgebauten Schaltung haben folgendes ergeben :

Wegen der niedrigen Zwischenfrequenzen von ιoo bis 500IkHz₁ die gemäß der Erfindung verwendet werden^ haben die gekoppelten Kreise, ίο welche durch die Spulen i8 und 24 gebildet.werden, bei der Frequenz des. hochfrequenten Eingangsträgers nahezu einen maximalen Widerstand; Der Anodenkreis der Röhre 13 ist daher praktisch auf die hochfrequente Eingangsspannung .abgestimmt. !5 Die Konverterstufe besitzt eine ähnliche Frequenzkennlinie wie sie bei einem abgestimmten Kreis auftritt. Die Spitzenfrequenz der Ausgangsspannung des Zwischenfrequenzträgers kann durch Veränderung des Gitterableitwiderstandes 29 und des Kondensators 28 geändert -werden, wie sich aus den in Fig. 4 enthaltenen Kurven ergibt. Diese Kurven entsprechen verschiedenen Größen des Kondensators 28 und des Widerstandes 29. Die Kurve B zeigt die Konverterkennlinie bei veränderlicher Frequenz, des Hochfrequenzträgers, wenn der Kondensator 28 eine Größe von 15 Mikromi'krofarad und der Widerstand 29 eine Größe von o,8 Megohm besaß. Die Kurven C, D und E entsprechen zunehmenden Größen des Kondensators 28 und des Widerstandes 29. Eine Schaltung mit. einer Kennlinie- nach. Kurve B hat hervorragend gute Eigenschaften gezeigt.

Die Fig. 5 zeigt- zwei Kurven, welche der Gesamtkennlinie der Konverterstufe und der Zwisehen-³S frequenzverstärker entsprechen, und zwar für zwei der in Fig. 4 dargestellten Fälle. Die Kurve F hat . die besten Eigenschaften, wenn der Oszillator um ungefähr 28 kHz gegenüber der Frequenz, der empfangenen. Hochfrequenzträgexwelle verstimmt war. Hierbei tritt ein Minimum an Verzerrung in. der Detektorstufe auf. Die Kurve G zeigt die Kennlinie . bei Verwendung bestimmter Rauschunterdrücküngskreise in der Empfangseinrichtung. Im allgemeinen wurde gefunden, daß die Größen 4-5 der Bestimmungsstücke, welche zwischen der Anode der Hochfrequenzrölhre 13 und der Koniverterröhre 22 liegen, die Kennlinie des Konverters beeinflussen. Diejenigen Elemente des Oszillators, welche eine einfache Phasenverschiebung zwischen den beiden Oszillatoxspulen 18. -und 24 bei Abweichung des Eingangsträgers von der Oszillatorfrequenz hervorrufen,..f ühren.,zu größeren Ordinaten der Kennlinie bei tieferen Frequenzen. Wenn die Phase sich nur wenig verschiebt, liegt das Maximum der Kurve bei höheren Frequenzen und ist gewöhnlich scharf, wie es durch die Kurve B in Fig. 4 ..: dargestellt ist.

Es wird daher eine Koniverterröhre benutzt, deren Oszillatorteil eine feste Frequenz unabhängig von der Einstellung des Empfängers liefert, und dem Schirmgitter eine veränderliche hochfrequente Trägerfrequenz zugeführt, die die Ausgangsspannung der Koniverterröhre entsprechend den Frequenzschwankungen der Eingangsspannung amplitudenmoduliert, so daß an der Ausgangsseite der Elektronenröhre eine amplitudenmodulierte Trägerwelle von veränderlicher Zwischen- oder Differenzfrequenz entsteht.

Es sei erwähnt, daß im allgemeinen die Zwisdhenfrequenzausgangskennlinie einer Konverterstufe in Abhängigkeit von der Frequenz so gut wie flach verläuft. Es. sei außerdem erwähnt, daß der gesamte Frequenzhub einer frequenzmodulierten Trägerwelle etwa 150 kHz beträgt. Daher wird, um eine genügende Unempfindlichkeit benachbarter Kanäle bei derjenigen Güteziffer Q, die durch übliche Schaltungen erzielbar ist, ,zu erreichen, die Zwischenfrequenz in Frequenzmodulationsempfängern etwa zu 10 MHz gewählt. In diesem Fall verläuft die Frequenzkennlinie oberhalb 500 kHz sehr tief. Man sieht daher, daß die beschriebene Schaltung für widerstandsgekoppelte Zwischenfrequenzverstärker geeignet ist, da die Zwischenfrequenz nur etwa ein- bis dreimal so· groß ist als die maximale Frequenzabweichung der Trägerwelle.

Die amplitudenmodulierte Zwischemfrequenz wird mittels widerstand'skondensatorgekoppelter Zwischenfrequenzverstärker verstärkt und mittels eines gewöhnlichen Amplitudenmodulationsdetektors gleichgerichtet, um die Modulationskomponente herzustellen.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:.

1. Schaltungsanordnung zur Umformung frequenzmodulierter in amplitudenmodulierte Energie mittels eines Verstärkers und einer anschließenden Konverterstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzmodulierten Spannungen auf zwei getrennten Wegen an zwei Gitter der Konverterstufe gelangen, daß die Phase dieser Spannungen in Abhängigkeit von der Frequenz auf diesen Wegen eine verschieden große Phasenverschiebung erleidet und daß den phasenverschobenen Spannungen sodann Schwingungen eines örtlichen Oszillators überlagert, werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durcheine unmittelbare Verbindung zwischen der Ausgangsseite der Verstärkerstufe und dem ιιθ zweiten Gitter und ferner durch ein Phasenverschiebungsnetzwerk zwischen der Ausgangsseite der Verstärkerstufe und dem ersten Gitter.

3. Anordnung nach Anspruch- 1 oder 2, dadurch-gekennzeichnet, daß der örtliche Oszillator eine Mehrgitterröhre und einen an eines ihrer Gitter angeschlossenen Schwingungskreis besitzt und' daß die Anode des Oszillators durch ein weiteres Gitter der Röhre gebildet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsnetz werk den erwähnten Schwingungskreis enthält, der über einen Koppelkondensator an das erste Gitter angeschlossen ist, daß ein Gitterableitwiderstand an diesem ersten Gitter liegt und daß die Induktivität des Schwingungs-

kreises mit der Ausgangsseite der Verstärkerstufe gekoppelt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Induktivität an der Ausgangsseite der Verstärkerstufe, welche induktiv mit der Induktivität des Schwingungskreises gekoppelt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gitter der Mefargitterröhre gleichzeitig die Anode des örtlichen Oszillators darstellt und daßdieRückkopplungsleitung für den örtlichen Oszillator durch die beiden Wege für die frequenzmodulierten Spannungen gebildet wind.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Konverterstufe rein ohmisch ist.

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufe eine Elektronenröhre mit Kathode, Steuergitter, Schirmgitter und Anode enthält, daß diese Kathode an einen Punkt festen Potentials angeschlossen ist, daß ein Kondensator und ein dazu in Reihe geschalteter Serienresonanzkreis zwischen das Steuergitter und den festen Potentialpunkt eingeschaltet sind, daß ein Gitterableitwiderstand zwischen dem Steuergitter und dem festen Potentialpunkt liegt, daß eine Induktivität zwischen das Schirmgitter und die positive Klemme einer Anodenspannungsquelle eingeschaltet ist und mit dem Parallelresonanzkreis induktiv gekoppelt ist, daß das Schirmgitter unmittelbar mit dem Ausgang der Verstärkerstufe verbunden ist und daß ein Anodenwiderstand zwischen der Anode der Konverterstufe und dem positiven Pol der Anodenspannungsbatterie liegt, derart, daß am Anoderuwiderstand eine amplitudenmodulierte Zwischenfrequenz entsteht, deren Modulation der Frequenzmodulation der gegebenen Signale entspricht.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 668 337.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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