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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zur Frequenzumsetzung, insbesondere zur Umsetzung im
Zwischenfrequenzbereich, wobei die Einrichtung mit einer
automatischen Frequenzregelung (AFR) ausgerüstet ist und
beispielsweise in einem Empfänger für Satellitenfernsehen
verwendet werden kann.
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Eine Empfangsanlage für Satellitenfernsehen besteht
derzeit aus zwei wesentlichen Hochfrequenzgeräten:
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- einem Empfangskopf, in welchem das von der Antenne
empfangene Mikrowellensignal in ein Signal niedrigerer Frequenz
innerhalb eines derzeit normalisierten
Satelliten-Zwischenfrequenzbandes, "Bande Intermediaire Satellite" (SZF) umgesetzt
wird, das die Kanalfrequenzen zwischen 950 und 1750 MHz
enthält;
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- einen eigentlichen Empfänger, der dieses Signal empfängt und
es nach der Umsetzung in den Zwischenfrequenzbereich
demoduliert, um daraus die Nutzsignale, Video- und Tonsignale zu
entnehmen.
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Aus Kostengründen werden die örtlichen Oszillatoren in
den Empfangsköpfen für das Mikrowellensignal ohne große
Frequenzstabilität hergestellt. Es werden hier tatsächlich
sogenannte freie Oszillatoren benutzt (im Gegensatz zu
Oszillatoren, die beispielsweise mit Quarzkristallen stabilisiert
sind), im allgemeinen mit dielektrischen Resonatoren, deren
temperaturabhängiges und zeitliches Driften bei einer
Schwingungsfrequenz in der Größenordnung von 10 GHz im allgemeinen
etwa 2 bis 3 MHz beträgt. Ohne jegliche automatische
Frequenzregelung ergibt sich also am Eingang des Demodulators, der im
Empfänger enthalten ist, eine entsprechende Drift der
zentralen Trägerfrequenz: Diese zentrale Trägerfrequenz ist dann
nicht mehr auf die Mittelfrequenz des Bandes zentriert, die
derjenigen des üblicherweise für die Zwischenfrequenz
benutzten Bandfilters entspricht.
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Wenn dieser Nachteil noch allenfalls bei bestimmten
Hausanlagen toleriert werden kann, so gilt dies nicht mehr bei
Stationen eines Verteilungsnetzes für Satellitenfernsehen.
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Eine Lösung zur Vermeidung dieser nachteiligen Wirkung
ohne kostspielige Änderung des Mikrowellenempfangskopfes
besteht darin, den Empfänger, der das SZF-Signal empfängt, mit
einer automatischen Frequenzregelung (AFR) auszurüsten, die
automatisch die Frequenz des örtlichen Oszillators der
Einrichtung zum Umsetzen in die Zwischenfrequenz verändert,
derart, daß trotz der Fluktuation der empfangenen SZF-Frequenz
die Ausgangs-Zwischenfrequenz, die der Differenz dieser beiden
Frequenzen entspricht, konstant bleibt. Es genügt hierzu also,
daß sich die Frequenz des örtlichen Oszillators dauernd unter
der Steuerung der AFR im gleichen Sinne und mit den gleichen
Werten wie die SZF-Eingangsfrequenz verändert; vergl.
beispielsweise das Dokument PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 5, No
19 (E-044), 4. Februar 1981, betreffend die Druckschrift JP-A-
55147823 (FUJITSU TEN LTD), 18. November 1980.
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Die hierzu im allgemeinen geforderten Leistungen
bestehen im Nachregeln der Zwischenfrequenz ZF um etwa 30 kHz
bei einer Frequenzabweichung des SZF-Signals von etwa 3 MHz in
einem Temperaturbereich von -10ºC bis +50ºC.
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Es gibt AFR-Einrichtungen, die zu diesem Zweck
verwendet werden und bei denen die Fehlerspannung, die das
Element zum Nachregeln der Frequenz steuert, entweder aus einem
Frequenzdiskriminator oder einem Phasendetektor kommt. Alle
diese bekannten Einrichtungen besitzen den Nachteil, daß sie
Übertragungseigenschaften haben, die gegen
Temperaturveränderungen empfindlich und schwer zu beherrschen sind,.
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Es sei bemerkt, daß ein Frequenzausgleich durch Ändern
der Bezugsfrequenz eines den örtlichen Oszillator bildenden
Synthetisierers schwer vorstellbar ist, daß die Frequenz eines
Synthetisierers, der eine Phasenverriegelungsschleife mit
agilem Teiler mit variablem Rang N durch einen
Proportionalitätsfaktor an seine Bezugsfrequenz gebunden ist, der von
diesem
Rang N abhängt, so daß der dann erzielte Frequenzausgleich
entsprechend der Frequenz des empfangenen Kanals variieren
würde.
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Die Anmelderin schlägt vor, alle diese Schwierigkeiten
durch eine Frequenzregelung des örtlichen Oszillators des SZF-
Empfängers auf das empfangene SZF-Signal durch einen
Synthetisierer mit einem Quarz zur Fixierung seiner Bezugsfrequenz
sowie einer Phasenverriegelungsschleife zu umgehen, indem eine
Subtraktion der Frequenzen des empfangenen Signals und des
örtlichen Oszillators durchgeführt wird und der sich daraus
ergebende Frequenzfehler in die Phasenverriegelungsschleife
des örtlichen Oszillators eingegeben wird.
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Das Blockschaltbild einer solchen Einrichtung ist in
der beigefügten Figur 1 dargestellt, die die Einrichtung zur
Umsetzung in die Zwischenfrequenz ZF mit festem Wert
veranschaulicht.
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In dieser Figur wird die im SZF-Bereich empfangene
Satellitenfrequenz FS an die Eingangsklemme 1 der
Frequenzumsetzeinrichtung gelegt, während die Zwischenfrequenz ZF, die
an seiner Ausgangsklemme 2 abgenommen wird, in üblicher Weise
in einer Mischstufe durch Subtraktion des FS-Signals und des
Signals der Frequenz FOL des örtlichen Oszillators 4 erhalten
wird, das an den anderen Eingang 5 der Schaltung 3 angelegt
wird.
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Im wesentlichen besteht dieser örtliche Oszillator 4
aus einem Frequenzsynthetisierer mit einer an sich bekannten
Phasenverriegelungsschleife, der enthält:
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- einen Quarzoszillator 6 mit der rigoros starren Frequenz FR,
auf den ein Frequenzteiler 7 des Rangs R folgt, der an seinem
Ausgang 8 die Bezugsfrequenz Fc des Synthetisierers 4 liefert;
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- einen spannungsgesteuerten Oszillator 9 (VCO), der an seinem
Ausgang 5 die Frequenz FOL des örtlichen Oszillators liefert;
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- eine Phasenschleife 10, die unter anderem mindestens einen
Frequenzteiler 11 des Rangs N aufweist, dessen Ausgangssignal
an einen der beiden Eingänge 12 eines Phasenkomparators 13
angelegt wird und dessen anderer Eingang aus dem Ausgang 8 des
Teilers 7 besteht. Das am Ausgang 14 dieses Phasenkomparators
13 erscheinende Fehlersignal wird in üblicher Weise über eine
Verstärker- und Filterschaltung 15 an die Steuerklemme 16 des
VCO 9 angelegt.
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Entsprechend dem genannten Vorschlag der Anmelderin
wird durch Subtraktion der ankommenden Frequenz FS und der
Frequenz FOL des örtlichen Oszillators ein Fehlersignal
erzeugt, das in die Phasenschleife 10 eingegeben wird. Man
verwendet hierzu einen Frequenzsubtrahierer 17, der über
Frequenzteiler 18 bzw. 19 eines gleichen Rangs P einerseits einen
Teil des Eingangssignals mit der Frequenz FS und andererseits
denjenigen Teil des Signals FOL des örtlichen Oszillators
empfängt, der in die Schleife 10 eingegeben wird. Das daraus
am Ausgang 20 dieser Schaltung 17 resultierende
Differenzsignal wird an den vorgenannten Teiler 11 des Rangs N angelegt.
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Es sei bemerkt, daß es die an sich nicht unbedingt
erforderlichen Teiler 18 und 19 vorteilhafterweise
ermöglichen, den Einfluß der vom eintretenden Signal der Frequenz FS
getragenen Modulation zu minimieren, sowie auch mit
niedrigeren Frequenzen zu arbeiten, was es erlaubt, die Wirkung des im
Band vorhandenen Rauschens herunterzuteilen.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung wird durch die
bekannte Tatsache leicht verständlich, daß die Phasenschleife
10 von sich aus jede Frequenzdrift des VCO 9 beseitigt. Wenn
also durch die Schaltung 17 eine von außen kommende Drift in
diese Schleife eingebracht wird, wirkt dieselbe Regelung auf
die Frequenz VCO 9 ein, um die Drift zu beseitigen, derart,
daß schließlich die Frequenz FOL um den Wert dieser Drift
vergrößert oder verringert wird, was genau der von einer AFR
angestrebte Wirkung ist, da gerade letztere der parasitären
Frequenzverschiebung des SZF-Signals entspricht.
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Die Schaltung gemäß Figur 1 weist dennoch einen sehr
großen Nachteil auf, der sie in der Praxis für die meisten
Anwendungen unbrauchbar macht: Da definitionsgemäß die
Frequenz
ZF, die der Differenz der Frequenzen FS und FOL
entspricht, konstant ist, folgt daraus, daß die Differenzfrequenz
Fi am Ausgang 20 des Subtrahierers 17 ebenfalls konstant ist,
so daß es unmöglich ist, den Rang N des Teilers 11 zu ändern,
derart, daß dieser Empfänger schließlich nur für einen
einzigen Kanal mit einer bestimmten Frequenz FS arbeiten kann.
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Ziel der Erfindung ist es, den genannten Nachteilen
dieser bekannten Einrichtungen abzuhelfen. Die Erfindung
bezieht sich hierzu auf eine Einrichtung zum Umsetzen der
Frequenz eines Eingangssignals mit der Frequenz FS, insbesondere
zum Umsetzen in den Zwischenfrequenzbereich, wobei die
Einrichtung einen örtlichen Oszillator aufweist, der aus einem
ersten Synthetisierer besteht, der auf eine Bezugsfrequenz Fc
durch eine Phasenverriegelungsschleife geregelt wird, die
einen Teiler des Rangs N aufweist, wobei Mittel zum Eingeben
eines Differenzsignals Fi in die Phasenschleife des
Synthetisierers vorgesehen sind, dessen Frequenz zur Differenz der
ankommenden Frequenz FS und der Frequenz des örtlichen
Oszillators FOL proportional ist, derart, daß so eine automatische
Frequenzregelung geschaffen wird, wobei diese Einrichtung
weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß, um einen Teiler mit um
ganze Einheiten veränderlichem Rang N zur Verarbeitung
mehrerer unterschiedlicher Eingangsfrequenzen benutzen zu können,
weiter in diese Phasenschleife zwischen den Eingabepunkt des
Differenzsignals Fi in die Schleife und den Teiler des Rangs N
eine Einrichtung eingefügt ist, die die Frequenzen dieses
Differenzsignals Fi und eines weiteren Signals mit der
Frequenz Fo addieren kann, das von einem anderen Synthetisierer
erzeugt wird, der eine andere Phasenverriegelungsschleife mit
einem Teiler des veränderlichen Rangs M aufweist, wobei sich
dieser Rang jedesmal in gleicher Richtung wie der andere Rang
N und mit der gleichen Schrittweite wie der erste
Synthetisierer ändert und der Rang M zu Anfang festgelegt wird, um die
gleiche Schrittweite für die beiden Synthetisierer zu erzielen
und damit die Summe dieser Frequenz Fo und dieser Frequenz Fi
nach dem Durchgang durch den Teiler des Rangs N der
Bezugsfrequenz Fc entspricht, die ihrerseits sowohl an den
Phasenkomparator des ersten Synthetisierers als auch an den des
anderen Synthetisierers angelegt wird.
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Die Erfindung, ihre Vorteile und weiteren Merkmale
werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines nicht als
Beschränkung gedachten Ausführungsbeispiels dieser Einrichtung
zum Umsetzen in die Zwischenfrequenz unter Bezugnahme auf die
beigefügte Figur 2 erläutert, die ein vereinfachtes
elektrisches Blockschaltbild eines SZF-Empfängers für
Satellitenfernsehen zeigt.
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Die Einrichtung gemäß Figur 2 zur Umsetzung in
Zwischenfrequenz FI unterscheidet sich von der gemäß Figur 1
dadurch, daß
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- der Teiler 11 ein Teiler mit um ganze Einheiten
veränderlichem Rang N ist, der somit für diesen Synthetisierer eine
Schrittweite gleich FcP definiert;
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- ein zusätzlicher Frequenzmischer-Addierer 21 in die
Verbindung 20 eingefügt ist, der den erwähnten Mischer-Subtrahierer
17 mit dem Teiler 11 des Rangs N verbindet.
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Dieser Addierer 21 empfängt an seinem anderen Eingang
22 ein Hilfssignal, das von einem Hilfssynthetisierer 23
erzeugt wird, der ebenfalls eine Phasenverriegelungsschleife 24
mit einem VCO 25, einem Teiler 26 mit veränderlichem Rang M,
einen Phasenkomparator 27 und eine
Verstärkungs-Filterschaltung 28 aufweist. Durch eine gestrichelt eingezeichnete
Verbindung 29 wird der Teiler 26 gleichzeitig wie der Teiler 11
um den gleichen Betrag inkrementiert oder dekrementiert.
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Damit die beiden Synthetisierer 4 und 23 die gleiche
Schrittweite haben, benutzt der Hilfssynthetisierer 23 über
die Verbindung 30 die gleiche Bezugsfrequenz Fc wie der
Hauptsynthetisierer. Weiter wird die Anfangszahl M zu Beginn nicht
nur zur Erzielung der beiden identischen Schrittweiten
justiert, sondern sie definiert auch für den Synthetisierer 23
eine solche Ausgangsfrequenz Fo, daß sie, in der Schaltung 21
mit der genannten starren Frequenz Fi summiert, am Eingang des
Teilers 11 ein Signal liefert, dessen Frequenz FN der mit der
Zahl N multiplizierten Bezugsfrequenz Fc entspricht.
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Diese Frequenz des Synthetisierers 23 entspricht im
Betrieb tatsächlich dem Wert FS/P, derart, daß es
vorteilhafterweise möglich ist, die vorliegende Umsetzereinrichtung ohne
automatische Frequenzregelung zu verwenden, indem einfach die
gestrichelt eingezeichnete Kurzschlußverbindung 31 hergestellt
wird.
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Da der Synthetisierer 23 die gleiche Schrittweite wie
der Synthetisierer 4 hat, ändert also jede korrelative
Inkrementierung oder Dekrementierung der Teiler 11 und 26 um eine
einzelne Einheit die Frequenz Fo um den Wert eines Schrittes,
derart, daß sich auch die Frequenz FN um den Wert ändert, der
einem Schritt des Synthetisierers 4 entspricht.
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Um ein numerisches Beispiel zu geben, kann bei einem
örtlichen Oszillator, dessen Frequenz sich um Schritte von 500
kHz zwischen 1500 MHz und 2300 MHz ändern soll, diese Änderung
durch Ändern des Teilungsrangs N von 2800 bis 4600 ermöglicht
werden. Bei einer empfangenen Frequenz FS von 1235 MHz hat für
eine Bezugsfrequenz Fc von 1.953 kHz der Rang N den Wert 3370,
so daß die Frequenz FOL dann 1685 MHz beträgt. Der Rang M
entspricht dann dem Wert 2470 und die Frequenz Fo beträgt
4,824 MHz.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf das soeben
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kommen
auch andere Formen und Ausführungsvarianten der Einrichtung
zur Umsetzung der Frequenz mit automatischer Frequenzregelung
in Betracht.