DE3047386A1

DE3047386A1 - Empfaenger zum empfang von am-signalen, deren traeger frequenz- oder phasenmoduliert ist

Info

Publication number: DE3047386A1
Application number: DE19803047386
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. 2081 Hasloh Jansen; Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 2000 Hamburg Nolde
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1982-07-15
Also published as: US4405835A; AU7848781A; AU543982B2; JPS57124943A; KR830008566A; CA1175489A; GB2089610A; DE3047386C2; GB2089610B

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 80-180

Empfänger zum Empfang von AM-Signalen, deren Träger frequenz- oder phasenmoduliert ist

Die Erfindung betrifft einen Empfänger zum Empfang von AM-Signalen, deren Träger frequenz- oder phasenmoduliert ist und der einen Signalkanal mit einem Frequenz- bzw. Phasendemodulator enthält. Ein solcher Empfänger ist insbesondere geeignet zum Empfang von Mittelwellen-Stereosignalen, bei denen der Träger durch das Summensignal in der Amplitude und durch das Differenzsignal in der Phase moduliert ist. Ein solcher Empfänger ist in der älteren deutschen Patentanmeldung P 30 24 085 beschrieben.

Bei einem derartigen Empfänger kann es im Falle einer Übermodulation zu starken Verzerrungen beim Empfang kommen. Bei einer Übermodulation ist die Amplitude des auf den Träger amplitudenmodulierten Signals bzw. der Hüllkurve größer oder gleich der Amplitude des Trägers oder mit anderen Worten: der Amplitudenmodulationsgrad ist größer oder gleich 1 bzw. 100 %. Verzerrungen sind dabei in dem (Differenz-) Signalkanal, der den Phasendemodulator enthält, besonders ausgeprägt, während sie in dem anderen (Summen-) Kanal, der einen Amplitudendemodulator enthält, zwar auch vorhanden, bei einer maßvollen Übermodulation aber nocht nicht sehr störend sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Empfänger der eingangs genannten Art die Verzerrungen am Ausgang des Signalskanals mit dem Frequenz- bzw. Phasendemodulator beim Auftreten einer Übermodulation zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen

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elektronischen Schalter zum Sperren und Freigeben des Kanals, der von einem Übermodulationsdetektor gesteuert wird, der auf eine Übermodulation des Trägers durch das AM-Signal anspricht.

Eine Übermodulation hat Frequenz- bzw. Phasensprünge zur Folge, die sich am Ausgang des Frequenz- bzw. Phasendemodulators als Signalsprünge bemerkbar machen. Außerdem macht sich eine Übermodulation durch einen Ausfall des Trägers bemerkbar. Theoretisch geht zwar die Hüllkurve eines Signals mit Übermodulation durch Null, wobei die Trägeramplitude nicht verschwindet und ihre Phase um 180° springt; in der Praxis ist das Sendersignal jedoch während der Dauer einer Übermodulation gleich Null. Diese Effekte sind einerseits die Ursache für die eingangs beschriebenen Verzerrungen; andererseits stellen sie aber auch Kriterien dar, auf die der Ubermodulationsdetektor ansprechen kann.

Der Schalter muß dabei so angeordnet sein, daß der Signal-

weg zum Übermodulationsdetektor nicht durch das Sperren des Signalkanals unterbrochen wird. Die Verzögerung des Signals im Signalkanal sollte tunlichst so groß sein, daß bei einer Übermodulation der Schalter den Signalkanal sperrt, wenn die durch die Übermodulation bewirkte Verzerrung den Schalter erreicht bzw. kurz vor diesem Zeitpunkt .

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß in der älteren deutschen Patentanmeldung P 30 24 085 auch schon ein

Schalter zum Sperren und Freigeben des Kanals vorhanden ist; dieser dient aber lediglich als Mono-Stereo-Schalter, dessen Steuerung einer schnellen Änderung der Empfangsverhältnisse nicht folgt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß

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das Eingangssignal des Übermodulationsdetektors aus dem Signalpfad vor dem Demodulator abgeleitet ist und daß der Übermodulationsdetektor so ausgebildet ist, daß er auf ein Verschwinden des Trägers anspricht. Bei dieser Weiterbildung wird von der schon erwähnten Tatsache Gebrauch gemacht, daß der Träger in der Praxis während einer Übermodulation ausfällt. Wenn der Schalter dabei in dem hinter dem Demodulator befindlichen Teil des Signalkanals angeordnet ist, reicht die Verzögerung des Signals durch den Demodulator im allgemeinen aus, um sicherzustellen, daß das durch die Übermodulation verzerrte Signal den Schalter erst erreicht, wenn dieser schon geöffnet ist.

Es ist aber auch möglich, den Übermodulationsdetektor an den Ausgang des Frequenz- bzw. Phasendemodulators anzuschließen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Übermodulationsdetektor einen Schwellwertschalter enthält, dem das Eingangssignal über eine Gleichrichterschaltung zugeführt wird, deren Zeitkonstante klein im Vergleich . zur Periodendauer des auf den Träger amplitudenmodulierten Signals, aber groß im Vergleich zur Periodendauer des Trägers ist.

Die Gleichrichterschaltung liefert ein Signal mit nur einer Polarität, wobei die Zeitkonstante sicherstellt, daß ihr Ausgangssignal bzw. das Eingangssignal des Schwellwertschalters zwar der Hüllkurve folgen kann, nicht aber dem Trägersignal. Der Schwellwertschalter muß dabei so eingestellt sein, daß er ein Steuersignal zur Sperrung des Signalkanals für den Schalter erzeugt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Demodulator einen FM-Demodulator und einen nachgeschalteten

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Integrator umfaßt und daß der Schalter zwischen dem FM-Demodulator und dem Integrator angeschlossen ist. Diese Weiterbildung geht von der Erkenntnis aus, daß sich bei einem Frequenzdemodulator, der nicht exakt auf die Zwischenfrequenz abgeglichen ist, eine Spannungsverschiebung ergibt, die von dem Integrator integriert wird, so daß dessen Ausgangsspannung schon bei einer einmaligen Übermodulation einem Maximalwert erreichen kann. Der zwischen den FM-Demodulator und den Integrator geschaltete Schalter verhindert eine solche Spannungsverschiebung, so daß die Spannung am Ausgang des Integrators während der Dauer der Übermodulation konstant bleibt. Vorzugsweise ist der Schalter dabei im Querzweig so angeordnet und durch den Übermodulationsdetektor so gesteuert, daß er bei einer Übermodulation den Integratoreingang kurzschließt. Der Schalter könnte zwar auch im Längszweig angeordnet sein, doch würde dann aufgrund der unvermeidlichen über den elektronischen Schalter fließenden Leckströme sich die Integrator-Ausgangsspannung während der Übermodulation noch ändern«

Die Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers und

Fig. 2 eire Ausführungsform, bei der als Phasendemodulator eine PLL-Schleife vorgesehen ist.

Fig. 1 zeigt einen Teil des Blockschaltbildes eines Mittel-³⁰wellenempfängers, der zum Empfang eines Stereosignals geeignet ist, wobei das Summensignal auf den Träger amplitudenmoduliert und das Differenzsignal auf den Träger phasenmoduliert ist. Das Eingangssignal wird von einer Antenne dem Eingang einer Hochfrequenzstufe 2 zugeführt, die in bekannter Weise mit einer Eingangs-(Filter-)Stufe, einem abstimmbaren Oszillator und einer Mischstufe versehen ist

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und die ein Ausgangssignal im Zwischenfrequenzbereich, z.B. bei 455 kHz, liefert. Der Ausgang der Hochfrequenzstufe ist mit einem Zwischenfrequenzverstärker 3 verbunden, in dem das Signal einerseits gefiltert und andererseits verstärkt wird.

Das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 3 wird einem Amplitudendemodulator 4 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem Summensignal L+R entspricht. Außerdem wird das Aus gangs signal des Zwischenfrequenzverstärker 3 einer Begrenzerstufe 5 zugeführt, die ein Ausgangssignal liefert, dessen Amplitude in einem weiten Bereich der Eingangsspannung konstant und somit unabhängig von der Amplitude der Eingangsspannung ist. Das Eingangssignal der Begrenzerstufe wird durch diese also von der überlagerten Amplitudenmodulation befreit. Das Ausgangssignal der Begrenzerstufe wird einem FM-Demodulator 6 zugeführt und über einen Sntkopplungskondensator 7 einem Integrator, der einen Operationsverstärker 9 enthält, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 8 mit dem Kondensator 7 und über den Kondensator 10 mit seinem Ausgang verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 9 ist an eine Referenzspannung U gelegt.

Der Frequenzdemodulator bildet zusammen mit dem Integrator 8...10 einen Phasendemodulator. Das Ausgangssignal dieses Phasendemodulators entspricht im Normalfall dem Differenzsignal L-R. Dieses wird gegebenenfalls nach Phasenumkehr mit dem Ausgangssignal des Amplitudendemodulators 4 in einer nicht näher dargestellten Dematrizierschaltung kombiniert, an deren Ausgang die Signale L und R getrennt zur Verfügung stehen. Insoweit ist die Schaltung auch schon in der älteren deutschen Patentanmeldung P 30 24 085 beschrieben.

Bei einer Übermodulation durch das die Amplitude des Trägers

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modulierfinde (Summon-) Signal i;;t dio Ausgangs spannung des ZF-Verstärkers Null. Infolgedessen ist auch die Singangsspannung des FM-Demodulators Null bzw. ein konstanter Wert und das gleiche gjlt für dessen Ausgangsspannung, Wenn der FM-Demodulator nicht exakt auf die Zwischenfrequenz abgestimmt ist, weicht seine Ausgangsspannung in diesem Fall vom zeitlichen Mittel^z/ert des Ausgangssignals vor dem Auftreten der Übermodulation ab. Infolgedessen ergibt sich am Ausgang des FM-Demodulators ein SOannungssprung, der über den Kondensator 7 an den Eingang des Integrators 8...10 gelangt und von diesem integriert wird. Das Ausgangssignal des Integrators steigt dabei rampenförmig an und kann Werte annehmen, die größer sind als die Amplitude der Nutzmodulation, insbesondere wenn die Frequenz des die Übermodulation hervorrufenden Summensignals relativ niedrig ist, dio Übermodulation also relativ lange dauert, oder wenn die Übermodulation während mehrerer aufeinanderfolgender Signalperioden auftritt.

Die daraus resultierenden Verzerrungen werden mit Hilfe eines elektronischen Schalters in Form eines Feldeffekttransistors 11 beseitigt, dessen Source-Drain-Strecke den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 7 und 8 verbindet und der während der Übermodulation leitend, sonst aber gesperrt ist. Während der Übermodulation wird hierdurch der Intogratoreingang kurzgeschlossen, so daß die Ausgangsspannung des Integrators während der Dauer der Übermodulation bzw. solange wie der Feldeffekttransistor 11 durchgeschaltet ist, konstant bleibt. Dadurch werden die Signalverzerrungen beträchtlich verringert.

Das Gate des Feldeffekttransistors 11 ist mit dem Ausgang eines Schwellwertschalters 12 verbunden, der den FeIdeffekttransistor leitend macht, wenn die Spannung an seinem

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Eingang einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. Der Eingang des Schwellwertschalters ist mi b dem Ausganr eines Gleichrichters 13, vorzugsweise eines Vollweg-Gleichrichters, verbunden, der eine Zeitkonstante aufweist, die zwischen der Periodendauer des Zwischenfrequenzträgers - bei einem Vollweg-Gleichrichter der Hälfte davon - und der Periodendauer des die Amplitude modulierenden Signals liegt. Der Eingang des Gleichrichters 13 ist mit einem Anschlui3 im Begrenzer 5 verbunden, an dem die Spannung noch nicht begrenzt ist. Er kann aber auch unmittelbar mit dem Ausgang des ZF-Verstärkers 3 verbunden sein. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 13 folgt somit einer der beiden Hüllkurven des ZF-Signals. Wegen des bei Übermodulation in der Praxis auftretenden Trägerausfalls ist daher das Aus ganzes signal des Gleichrichters 13 während der Übermodulation Null bzw. nimmt einen sehr kleinen Wert an.

Die Begrenzerstufe 5, der FM-Demodulator 6 mit Ausnahme der dafür erforderlichen Resonanzkreise, sowie der Gleichrichter 13 können in der Praxis mit Hilfe einer integrierten Schaltung TCA 420A oder auch TDA 1576 realisiert werden (Hersteller: Valvo/Philips). Jede dieser integrierten Schaltungen hat zwei Ausgangsanschlüsse für die Feldstärkeanzeige, an denen eine Spannung anliegt, die dem Logarithmus der Amplitude des Eingangssignals der ßegrenzerstufe entspricht. Zu diesem Zweck werden in den erwähnten Schaltungen Signale gebildet, die dem Logarithmus des Betrages des Singangssignals entsprechen, wobei Zeitkonstantenglieder dafür sorgen, daß die Ausgangsspannung zwar nicht dem Eingangssignal selbst (bzw. Signalen mit der doppelten Frequenz des Eingangssignals) folgen kann, jedoch Schwankungen in der Amplitude des Eingangssignals. Diese Ausgangsspannung kann dann dem Schwellwertschalter 12 zugeführt werden.

Die nicht näher dargestellten Resonanzkreise des FM-Demodu-

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la tors < > r, toll on :; ichor, daß da;.; .U^nal Ira :ji,;na !kanal eine Verzögerung erfährt, derart, daß der Schalter 11 bei einer Übermodulation schon angesprochen hat, bevor die durch die Übermodulation verursachten Effekte am Ausgang des FM-Demodulators auftreten. Aber auch wenn der Schalter einige Mikrosekunden zu spät ansprechen sollte, würde dies nicht stören, weil die dann auftretende Verschiebung zwischen der Ausgangsspannung des Diskriminator und deren Mittelwert (ohne Übermodulation) nur während dieses relativ kurzen Zeitraums durch den Integrator 8...10 integriert würde. Deshalb ist es auch grundsätzlich möglich, das Kriterium zum Betätigen des Schalters 11 aus der Ausgangsspannung des FM-Demodulators abzuleiten, wobei die Tatsache ausgenutzt werden kann, daß eine Übermodulation mit einer sprungartigen Änderung des Ausgangssignals des FM-Demodulators einhergeht, die zum Schalten ausgenutzt werden kann. Dazu muß ein Schwellwertschalter, der anspricht, wenn sein Eingangssignal einen vorgebbaren Schwellwert überschreitet, mit dem Ausgang des FM-Demodulators verbunden sein, vorzugsweise über ein Differenzierglied bzw. einen Hochpaß, der die sprungartige Änderung der Ausgangsspannung noch hervorhebt.

Ebenso wie es nicht wesentlich stört, wenn der Schalter kurz nach dem Auftreten der durch die Übermodulation bewirkten Verzerrungen am Ausgang des FM-Demodulators anspricht, stört es nicht, wenn der Schalter 11 schon wieder in seinen Normalzustand - der in diesem Fall einer Sperrung entspricht - versetzt wird, bevor der während der Über-'ⁱ⁰ modulation am Ausgang des FM-Demodulators auftretende Effekt endet. Gegebenenfalls kann aber die Rückkehr des Schalters in den Normalzustand verzögert erfolgen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 11 ein Kondensator angeschlossen sein, dessen

anderes Ende mit Masse verbunden ist, und der beim Auftreten einer Störung durch den Schwellwertschalter 12 über eine

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geeignet gepolte Diode schnell aufgeladen und nach dem Umschalten des Schwellwertschalters 12 über einen parallelgeschalteten Widerstand langsam entladen wird. Auch könnte dem Schwellwertschalter 12 eine monostabile Kippschaltung nachgeschaltet sein, die während ihrer Kippzeit, die größer sein sollte als die Dauer einer Übermodulation, den Schalter 11 im eingeschalteten Zustand hnlt. Dadurch wird das Ausgangssignal des Integrators zwar langer als nötig auf einem konstanten Wert gehalten, unter Umständen über mehrere Perioden der jeweiligen Frequenz des Summensignals hinweg - was aber zumindest bei einem Stereo-Empfänger nicht stört, weil dabei lediglich ein Übergang von Stereo auf Mono erfolgt.

Wenn der Träger anstatt in der Phase in der Frequenz moduliert ist und eine Preemphaäs aufweist, muß die in Fig. 1 dargestellte Schaltung lediglich durch den gestrichelten Widerstand 14 parallel zum Kondensator 10 des Integrators ergänzt werden, wobei der Widerstand 14 und der Kondensator 10 zusammen eine Zeitkonstante haben müssen, die der erforderlichen Preemphasis entspricht.

In Fig. 2 ist ein Teil des Blockschaltbildes einer Ausführungsform dargestellt, die als Phasendemodulator eine PLL-Schleife verwendet. Das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 3 wird dabei dem einen Eingang einer Phasenvergleichsstufe 15, z.B. einem Multiplizierer, zugeführt, deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Oszillators 16 verbunden ist, der ein Signal erzeugt, dessen Frequenz von einer Gleichspannung abhängt, die einem Regeleingang des Oszillators 16 zugeführt wird. Der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung 15 ist über einen Schalter 11^!, der normalerweise geschlossen, während einer Übermodulation aber gesperrt ist, mit dem weiteren nicht näher dargestellten Teil des Empfängers (z.B. Dematrizierschaltung) verbunden und über einen Tiefpaß 17, der die

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NuL:'..';i;-;n-i I li'impon'-n l,(>n iu:; flora Au::<i.'in;7::.r3i ßnal dor Pbanenvorglu i oh:;:; Lui'o 1'j imtfurnt, rail; dem Jtouereingang des Oszillators 16, no daß dessen Frequenz entsprechend dem Mittelwert der Frequenz des Eingangssignals nachgeregelt wird. Der Schalter 11', der im übrigen auf die gleiche Weise gesteuert werden kann wie der Schalter 11 bei der Schaltung nach Fig. 1, bildet zusammen mit einem Kondensator 13, der den Signalpfad hinter dem Kondensator 11' mit Masse verbindet, eine Abtast-Halte-Schaltung, die bei einer Übermodulation das Ausgangssignal auf den vor der Übermodulation vorhandenen Viert festhält.

Obwohl die Erfindung vorstehend in Verbindung mit dem Empfang; von otereonigrialeri beschrieben wurde, ist sie auch anwendbar, wenn zwischen den die Amplitude bzw. die Phase oder Frequenz modulierenden Signalen kein inhaltlicher Zusammenhang besteht.

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Claims

PHD 8Ό-180 PATENTANSPRÜCHE:

1. Empfänger zum Empfang von AM-Signalen, deren Träger frequenz- oder phasenmoduliert ist und der einen Signalkanal mit einem Frequenz- bzw. Phasendemodulator enthält, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (11, 11') zum Sperren und Freigeben des Kanals, der von einem Übermodulationsdetektor (12, 13) gesteuert wird, der auf eine Übermodulation des Trägers durch das AM-Signal anspricht.

2. Smpfänger nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet,

daß das Eingangssignal des Übermodulationsdetektors (12, 13) aus dem Signalpfad vor dem Demodulator (6...10) abgeleitet ist und daß der Übermodulationsdetektor (12, 13) so ausgebildet ist, daß er auf ein Verschwinden des Trägers anspricht.

3. Empfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übermodulationsdetektor einen Schwellwertschalter (12) enthält, dem das Eingangssignal über eine Gleichrichterschaltung (13) mit einer im Vergleich zur Periodendauer des auf den Träger amplitudenmodulierten Signals kleinen, im Vergleich zur Periodendauer des Trägers jedoch großen Zeitkonstanten zugeführt wird.

4.' Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger phasenmoduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator einen FM-Demodulator (6) und einen nachgeschalteten Integrator (8...10) umfaßt und daß der Schalter (11) zwischen dem FM-Demodulator (6) und dem Integrator (8...10) angeschlossen ist.

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5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11, 11') in einer Abtast-Halte-Schaltung angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Freigabesignal des Überlagerungsdetektors (12, 13) dem Schalter verzögert zugeführt wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übermodulationsdetektor an einen Ausgang des FM-DemoduTators angeschlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dor Übormodulationsdetektor über einen Hochpaß mit dom Au^/^in^ <io:; FM-Demodulators verbunden ist.

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