NL7808637A

NL7808637A - Ontvanger voor frequentiegemoduleerde signalen met twee quadratuur kanalen.

Info

Publication number: NL7808637A
Application number: NL7808637A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-08-22
Filing date: 1978-08-22
Publication date: 1980-02-26
Also published as: GB2031671B; FR2434516A1; JPS5528700A; DE2932877C2; GB2031671A; CA1143013A; FR2434516B1; US4264975A; DE2932877A1

Description

4 -,. ^ 4 v PHN 9207 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Ontvanger voor frequentiegemoduleerde signalen met twee quadratuur kanalen.

A. Achtergrond van de uitvinding.

A (1) Gebied van de uitvinding.

De uitvinding heeft betrekking op een ontvanger voor frequentiegemoduleerde signalen welke is voorzien van twee 5 quadratuur kanalen. Ieder kanaal bevat een synchrone demo dulator, welke gevolgd wordt door een laagdoorlaatfilter en een differentiator. Het uitgangssignaal van ieder van de laagdoorlaatfilters wordt vermenigvuldigd met het gedifferentieerde uitgangssignaal van het filter van het andere 10 kanaal, De uitgangssignalen van de vermenigvuldigers worden van elkaar afgetrokken. Het uitgangssignaal dat dan ontstaat is evenredig met het frequentieverschil tussen het ontvangen signaal en het referentiesignaal dat aan de synchrone demodulatoren wordt toegevoerd.

15 De signaalfiltering in een dergelijke ontvanger wordt uitgevoerd door de laagdoorlaatfilters en is daardoor niet afhankelijk van de nominale centrale frequentie van de ontvangen signalen. De werkfrequentie van de ontvanger wordt bepaald door de frequentie van het referentiesignaal.

20 Dergelijke ontvangers kunnen bijvoorbeeld worden toe gepast voor datatransmissie over telefoonlijnen door middel van FSK.

A (2) Beschrijving van de stand van de techniek.

Een ontvanger van het hierboven aangegeven type is be-25 kend uit het USA octrooischrift 3*568.067.

Het ontbreken van een afgestemd ingangsfilter heeft 7808637 .. 2 _ PHN 9207 __ ook nadelen. In de eerste plaats maakt dit de toepassing van een begrenzer in de ingangstrap van de ontvanger onmogelijk. Harmonischen van laagfrequentere kanalen, die in de buurt van de referentiefrequentie komen, zouden dan ook 5 ontvangen worden, hetgeen ongewenst is. Bovendien kunnen sterke nabuurkanlen een gewenst zwakker kanaal wegdrukken (de begrenzer bevoordeelt het sterkere kanaal). In de tweede plaats maken harmonischen van het referentiesignaal ook ontvangst op andere frequenties mogelijk. Dit nadeel 10 kan verminderd worden door voor het referentiesignaal een zeer zuivere(met een lage harmonische inhoud) sinusvormige trilling te gebruiken.

Het gemis aan een begrenzer doet zich in het bijzonder gevoelen in verbindingen met een sterk veranderlijk 15 of onbekend signaalniveau. De betrouwbaarheid van de signaalontvangst zal dan nadelig worden beïnvloed.

B. Samenvatting van de uitvinding.

De uitvinding beoogt de betrouwbaarheid van de sig-naalontvanger onder wisselende ontvangstcondities te ver-20 hogen. Het doel hierbij is een ontvanger te verschaffen waarvan het uitgangssignaal een ware afbeelding is van de frequentiedeviatie van het ingangssignaal en niet afhankelijk is van amplitude variaties, ondanks het afwezig zijn van een begrenzer.

25 De ontvanger voor frequentiegemoduleerde signalen volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat deler middelen aanwezig zijn voor het delen van de amplitude van de signalen welke door de ontvangkanalen naar de uitgang van de verschilvormer middelen vloeien door een deelfactor welke 30 evenredig is met tenminste een benadering voor de som van de kwadraten van de uitgangssignalen van de laagdoorlaat-filters.

Voor zeer zwakke ingar^ signalen zal het van voordeel zijn om de deelfactor door een constante ongelijk aan 35 nul te vervangen zodat vermeden wordt dat eventueel door nul of een zeer klein getal gedeeld moet worden.

7808637 PHN 9207 ___ __ __

t jS

3 · C. Korte beschrijving van de figuren.

Fig. 1 toont een blokdiagram van een ontvanger volgens de uitvinding.

De overige figuren tonen realisatievormen van di-5 verse typen circuits, welke in het blokdiagram van Fig. 1 met de type-aanduidingen A, B, C, D en E zijn aangegeven.

Fig. 2 toont een ingangscircuit voor het splitsen van een signaal in twee componenten.

Fig. 3 toont een stroomrichtingomkeercircuit.

10 Fig. h toont een circuit voor het bepalen van de wortel uit de som van de kwadraten.

Fig. 5 toont een vermenigvuldiger, welke samenwerkt met een deel van circuit C volgens Fig. 4.

Fig. 6 toont een verschilvormer, welke samenwerkt 15 met een deel van circuit C volgens Fig. k.

Fig. 7 toont het principeschema van de vermenigvuldigers welke in de combinaties van de circuits C en D en C en E toegepast worden.

D. Beschrijving van het uitvoeringsvoorbeeld.

20 Bé ontvanger volgens Fig. 1 bevat twee phasequa— dratuur ontvangkanalen welke zullen worden aangeduid als het P-kanaal en het Q-kanaal en welke in de figuur zijn aangeduid door referentieletters P en £.

De ingang 1 van de ontvanger is aangesloten op de 25 synchrone demodulatoren 2 en 3 van het P-kanaal en het Q-kanaal. Een referentiesignaal dat afkomstig is van een referentiesignaalgenerator k wordt direct aan de synchrone demodulator 2 toegevoerd en wordt met een relatieve phase-verschuiving van 90° middels een phaseverschuiver 5 aan de 30 synchrone demodulator 3 toegevoerd.

De synchrone demodulatoren of mengers 2 en 3 eindigen in de laagdoorlaatfliters 6 en 7· Deze filters leveren op de uitgangen 6-1 en 7-1 een gefilterde versie van het ingangssignaal en leveren op de uitgangen 6-2 en 7-2 een signaal 35 welke gelijk is aan de differentiaal (naar de tijdj d/dt) van het uitgangssignaal op de eerder genoemde uitgangen.

Het signaal op de uitgangen 6-1 en 7“1 zal worden aange- 7808637 4 - PHN 9207 duid door s en t en het signaal op de uitgangen 6-2 en 7-2 door s en t.

De uitgangen van de filters 6 en 7 zijn aangesloten op de klasse-AB ingangstrappen 8, 9» 10 en 11 welke de 5 type-aanduiding A dragen en welke in meer detail in Fig. 2 zijn weergegeven. In een dergelijke ingangstrap zal een ingangssignaal x worden gesplitst in twee componenten x en x zo dat : + x = x - x , en 10 x+ · *_ = io , waarin I een transistor instelstroom is, welke een relatief o kleine waarde kan hebben. Voor grote signaalwaarden is x+ nagenoeg gelijk aan het positieve deel van ingangssignaal en x nagenoeg gelijk aan het negatieve deel daarvan.

15 De signaalsplitsing wordt tot stand gebracht door de transistoren 31 en 32, welke op hun emitters bestuurd worden door het ingangssignaal. De operationele versterker 33 waarvan de positieve ingang is aangesloten op een re-ferentiespanning Vq houdt de ingang van de ingangstrap op 20 de referentiespanning. Hierdoor wordt verzekerd dat er geen terugwerking is van de ingangstrappen 8, 9» 10 en 11 op de filters 6 en 7·

De transistoren 34 en 35 welke doorstroomt worden door de stroom I van de constante stroombron 36 verschaffen o 25 twee basis-emitterovergangen in serieschakeling parallel aan de serieschakeling van de basis-emitterovergangen van de transistoren 31 en 32. Deze configuratie leidt tot een ring van vier basis-emitterovergangen, waarvan er twee in één richting en twee in de tegengestelde richting gepoold zijn.

30 De werking hiervan komt overeen met die van de ring van vier basis-emitterovergangen van de transistoren 81, 82, 83 en 84, volgens Fig. 7 welke op bekende wijze leidt tot de betrekking : J1 * J3 = J2 * J4 » 35 waarin de J's de stromen door de (identieke) transistoren met dezelfde temperatuur voorstellen. In Fig. 2 leidt de ring van vier basis-emitterovergangen tot de betrekking : 7808637 PEN 9207 - 5 - T2 x. . X = i .

+ - 0

De filters 6 en 7 zijn identieke filters en kunnen bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als actieve RC-filters. In de uitvoering zoals geïllustreerd in Fig. 1 bevatten 5 de filters aan de uitgang een teruggekoppelde operationele versterker 6-3 en 7-3 welke een parallel RC-schakeling 6-4 en 7-4 aanstuurt. De andere zijde van de weerstand en de condensator worden door de ingangsschakeling van het type A op een referentiespanning gehouden, zoals hierboven 10 beschreven is. De stroom door de condensator zal dan gelijk zijn aan de differentiaal van de stroom door de weerstand aannemende dat het RC-product gelijk is aan één.

Een schakeling zoals geïllustreerd is in Fig. 2 levert op de twee uitgangen uitgangssignalen, welke tegen-15 gestelde stroomrichtingen hebben. Voor het doorverbinden van dergelijke schakelingen met andere schakelingen kan het nodig zijn de stroomrichting van een van de uitgangen om te keren. In het schema van Fig. 1 zijn hiervoor schakelingen met de type-aanduiding B aangegeven, welke meer in detail in 20 Fig· 3 zijn weergegeven. De als diode geschakelde transis tor 37 welke in serie is geschakeld met transistor 38 fungeert als referentiespanningsbron voor transistor 39· Deze laatste is in serie geschakeld met de als diode geschakelde transistor 40 welke zorgt dat de collectorpotentialen van 25 de transistoren 37 en 39 gelijk zijn (Early effect). In deze schakeling wordt de stroomrichting van de ingangsklem naar de uitgangsklem als het ware omgekeerd.

De uitgangssignalen van de ingangsschakelingen 8, 9, 10 en 11 worden al dan niet na omkering van de stroom-30 kering in de stroomomkeercircuits 12, 13, 14 en 15 toege voerd aan de vermenigvuldigers 16 en 17, welke de typeaanduiding D dragen en welke meer in detail in Fig. 5 zijn weergegeven.

De uitgangssignalen s , s , t en t op hun weg

" T "· T

35 naar de vermenigvuldigers 16 en 17 passeren het circuit 18 met de type-aanduiding C dat meer in detail in Fig. 4 is weergegeven.

78 0 8 6 3 7 - 6- PHN· 9207

Het circuit C bevat voor ieder van de ingangssignalen een transistor 41, 42, 43, 44 en een paar in serie geschakelde dioden 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52. De tran- sistoren hebben een gemeenschappelijke emitterleiding met 5 daarin opgenomen een diode 53· Wanneer alle emitteropper- vlakken gelijk zijn dan zal de stroom door diode 53 een waarde a hebben welke voldoet aan de betrekking : V~2 2 .2,.21 s+ + s + t+ + t_ , welke voor grote signaalwaarden gelijk is aan de amplitude ^ van het uitgangssignaal van de laagdoorlaatfliters 6 en 7.

De werkelijke amplitude a* wordt uitgedrukt door s , \ / 2 2 ,2 , ,2 . T2 a' =\/s + s+ t+ t - 41 y + o

Deze functie is gerealiseerd door de som van de 15 kollektorstromen van de transistoren 41, 42, 43 en 44 (mid dels het stroomomkeercircuit 54) en de stroom I toe te o voeren aan de schakeling met de dioden 55, 56 en 57 en de transistoren 58 en 59· De kollektorstroom van transistor 59 zal de waarde a'/2 hebben. De werking berust op de 20 vermenigvuldigwerking in de ring van dioden 55, 56 en 57 en de basis-emitterovergang van transistor 59 en de verdeling in gelijke delen van de stroom I over de dioden 55 en 56 en van de stroom van circuit 5k over diode 55 en transistor 58. Het signaal a'/2 dat op uitgang 18-1 van cir- 25 cuit 18 optreedt kan als bewakings (monitor) signaal, worden gebruikt.

Het signaal a wordt aan de vermenigvuldigers 16 en 17 toegevoerd.

De vermenigvuldiger 16 vormt de termen van het 30 product s s . t = (s+ - s_ ) . (t+ - t_) en deelt ieder van de termen door de amplitudefactor a.

Deze deling vindt plaats in samenwerking met circuit C.

De vermenigvuldiger 17 vormt de termen van het 35 product j 7808637 7 - PHN 9207 s . t = (s+ - s_) ( t+ - t_ ) en deelt de termen door de amplitudefactor a in samenwerking met circuit C.

De schakeling van type D welke is geïllustreerd 5 in Fig. 5 representeert vermenigvuldiger 16 door de substitutie : x = § en y = t en representeer-t vermenig vuldiger 17 door de substitutie x = t en y = s.

Het circuit D bevat voor ieder van de ingangssignalen y+ en y een paar transistoren 60, 61 en 62, 63 10 welke op hun basis bestuurd worden. Verder is voor de ingangssignalen x+ en x voorzien in de transistoren 64 en 65, welke middels diode 66 en transistor 67 en middels diode 68 en transistor 69 worden bestuurd voor het voeren van stromen met de waarden x en x .De bases van de + — 15 transistoren 64 en 65 sluiten aan op de diode 53 van circuit C (fig. 4). Door tracering van een signaalweg vanaf de emitter van één van de transistoren 60, 61, 62 en 63 middels de basis naar de ingang en vandaar naar de gelijknamige uitgang van circuit C (fig. 4) en dan middels één 20 van de dioden 46, 48, 50 en 52 en vervolgens middels diode 53 en daarna middels de basis-emitterovergang van transistor 65 terug naar het beginpunt, wordt een ring van vier dioden en basis-emitterovergangen doorlopen. De werking hiervan komt overeen met die van de ring van basis-emitter-25 overgangen volgens fig. 7» In totaal zijn er vier van der gelijke ringen overeenkomstig de vier uitgangen van circuit D, en in iedere ring voert de betreffende van de transistoren 60, 61, 62 en 63 een stroom waarvan de waarde in de figuur bij de betreffende uitgang is aangegeven.

30 Een leiding 19 voegt de uitgangssignalen van de vermenigvuldigers 16 en 17 samen welke in de uitdrukking : st - st a met een positief teken voorkomen en de leiding 20 voegt de overige uitgangssignalen samen.

35 Middels de omkeercircuits 21 en 22 worden de sig- 7808637 _ 8 PHN 9207 ___________________________________________________________________________________________________ nalen van de leidingen 19 en 20 toegevoerd aan respectievelijk de psotieve ingang en de negatieve ingang van ver-schilvorraer 23, welke de type-aanduiding E draagt en in meer detail in Pig. 6 ds weergegeven.

5 Aan verschilvormer 23 worden tevens het signaal a en een signaal van circuit 18 toegevoerd. In samenwerking met circuit 18 vormt verschilvormer 23 uit de toegevoerde signalen een uitgangssignaal op uitgang 24 overeenkomstig de uitdrukking : 10 I st - êt = I d(f-CO t) 1 a2 1 dt waarin ^ = <P(t) de fase van het ingangssignaal van de ontvanger voorstelt encOq de frequentie van het referentie-signaal van oscillator 4 voorstelt. De factor 1^ is een van nul afwijkende normalisatiefactor. Wanneer het ingangs-15’ signaal een frequentiegemoduleerde draaggolf is waarvan de phase varieert overeenkomstig de uitdrukking : (t) = « t + *f(t) , dan wordt op uitgang 24 een signaal verkregen overeenkomstig de uitdrukking :

Het uitgangssignaal van de ontvanger is onafhankelijk van de amplitude van het ingangssignaal over een groot dynamisch bereik (groter dan 50 dB), welk bereik gerealiseerd kan worden door alle schakelingen in klasse -AB uit 25 te voeren.

In Fig. 6 representeert x het signaal van leiding 20 en y het signaal van leiding 19· Het circuit E bevat voor ieder van de signalen x en y een transistor 70 en 71» welke middels de transistoren 72, 73 en 74, 75 worden be-30 stuurd voor het voeren van stromen met de waarden x en y.

Voor het ingangssignaal 1^ is een paar transistoren 76, 77 aanwezig welke via een omkeercircuit 78 met elkaar zijn gekoppeld.

Het signaal 1^ is afkomstig van circuit C (Fig. 4). 35 Hit circuit bevat een constante stroombron 79 welke de 7808637 - 9 - X, .* PHN 9207 _ ______________________________;________________ _______________ stroom levert en een transistor 80 welke middels transistor 81 wordt bestuurd voor het voeren van de stroom 1^.

Vanaf de basis van transistor J6 in circuit E (Fig. 6) kan een stroomketen getraceerd worden naar de 5 ingang voor signaal 1^ en van daar naar de gelijknamige uitgang van circuit C (Fig. 4) en dan middels de basis-emitterovergang van transistor 80 en vervolgens diode 53 naar de uitgang voor signaal a en terug naar de gelijknamige ingang van circuit E en dan middels de basis-10 emitterovergang van transistor 71 en vervolgens de emitter- basisovergang van transistor 76 terug naar het beginpunt.

In deze stroomketen wordt een ring van vier dioden en basis-emitterovergangen doorlopen. De werking hiervan komt overeen met die van de ring van vier basis-emitterovergang 15 volgens Fig. 7· In het onderhavige geval zal transistor 76 een stroom voeren waarvan de waarde wordt gegeven door de uitdrukking : Z±L .

a

Op overeenkomstige wijze kan een stroomketen 20 middels de basis-emitterovergangen van de transistoren 77 en 70 (Fig. 6) en de basis-emitterovergang van transistor 80 en diode 53 (Fig. 4) getraceerd worden. Dit leidt tot een stroom door transistor 77 overeenkomstig de uitdrukking : x . I1 a 25 De uitgang van circuit E voert het verschil van de stroom door de transistoren 76 en 77 overeenkomstig de uitdrukking : (y - *> 1, a welke na substitutie van de signaalwaarden op de leidingen 30 19 en 20 voor y en x leidt tot de hierboven vermelde uit drukking voor het signaal op uitgang 24 van de ontvanger.

7808637

Claims

1. Ontvanger voor frequentiegemoduleerde signalen bevattende twee phasequadratuur ontvangkanalen ieder bevattende een synchrone demodulator met een daarop aange- 5 sloten laagdoorlaatfilter en differentiator middelen en vermenigvuldiger middelen, waarin het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter van ieder kanaal wordt toegevoerd aan de vermenigvuldiger middelen van het andere kanaal en de differentiator middelen van ieder kanaal zijn ver-10 bonden voor het toevoeren van een gedifferentieerde versie van het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter aan de vermenigvuldiger middelen, en verschilvormer middelen aanwezig zijn voor het vormen van het verschil tussen de uitgangssignalen van de vermenigvuldiger middelen van de 15 twee ontvangkanalen, met het kenmerk, dat deler middelen aanwezig zijn voor het delen van de amplitude van de signalen welke door de ontvangkanalen naar de uitgang van de verschilvormer middelen vloeien door een deelfactor welke evenredig is met tenminste.een benadering voor de som van 20 de kwadraten van de uitgangssignalen van de laagdoorlaat- filters.

2. Ontvanger volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de deler middelen zijn verdeeld over twee trappen in ieder waarvan het signaal van het ontvangkanaal wordt gedeeld 25 door de vierkantswortel uit de genoemde deelfactor.

3. Ontvanger volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat iedere trap van de deler middelen bevat voor het opwekken van een stroom waarvan de waarde gelijk is aan het quotiënt van het product van de waarden van twee andere 30 stromen met de waarde van een vierde stroom waarbij de waarde van de vierde stroom in iedere trap gelijk is gekozen aan de genoemde vierkantswortel uit de genoemde deelfactor. 7808637