NL8200439A - Radio-ontvanger. - Google Patents

Description

ψΓ ^ I Λ

U

V.0.3084

Titel: Radio-ontvanger.

De uitvinding heeft betrekking op een radio-ontvanger en meer in het bijzonder op een radio-ontvanger, welke wat betreft werking zonder storing en wat betreft gevoeligheid beter is dan de bestaande ontvangers .

5 Zoals bekend zijn de karakteristieken, die een radio-ontvanger moeten bezitten, in het algemeen de vier volgende: (1) gevoeligheid (2) werking zonder storing (3) getrouwheid 10 (4) stabiliteit

Radio-ontvangers, die aan alle vier bovenstaande eisen voldoen, kunnen natuurlijk als kwaliteitsinrichtingen worden betiteld. Tezamen met het steeds toenemende aantal zendposten is evenwel de bovengenoemde vereiste karakteristiek (2) bijvoorbeeld de werking zonder storing,op 15 dit terrein steeds belangrijker-

Een algemeen middel om een storingsvrije werking te verbeteren bestaat in het gebruik van filters met smalle band.

Fig. 1 toont de constructie van een normale mengontvanger, die van dergelijke filters is voorzien. In deze figuur is 1 een antenne, zijn 20 2, 4 en 7 filters, is 3 een hoogfrequentie versterker, 5 een frequentie- omvormer, 6 locale oscillator, 8 een tussenfrequentie versterker, 9 een demodulator, 10 een laagfrequentie versterker en 11 een luidspreker. De anti-storingswerking van een radio-ontvanger met een dergelijke constructie zal later worden besproken.

25 De antenne 1 voldoet niet aan de verwachtingen ten aanzien van de frequentieselectiviteit. Wanneer wordt verondersteld, dat een door deze antenne 1 ontvangen hoogfrequent signaal wordt versterkt, zoals door de hoofdfrequentie-versterker 3, zullen door het niet-lineaire effect van de versterker 3 schadelijke verschijnselen, zoals intermodulatie of 30 kruismodulatie optreden. Om dit te vermijden is het filter 2 stroomafwaarts ten opzichte van de antenne 1 aanwezig.

De frequentie-omvormer 5 bestaat in wezen uit een niet-lineaire keten, welke een beeldfrequentie-interferentie naast de intermodulatie of kruismodulatie veroorzaakt; om dit te vermijden wordt de onvoldoende 82 0-0 439----------------- t -2- frequentieselectiviteit van het filter 2 opgevangen door .een filter 4.

Met 6 is een locale oscillator aangegeven. Het filter 7 is bestemd voor het kiezen van een signaal, dat in frequentie naar het tussen-frequentiegebied is omgezet.

5 Zoals boven is toegelicht zijn de gebruikelijke radio-ontvangers, gewoonlijk voorzien van drie filters. Hiervan bezitten de filters 2 en 4 in het geval, dat de ontvanger frequentievariabel is,de volgende eigenschappen : (1) de centrale frequentie van de filters is variabel; 10 (2) de filters worden omgeschakeld naar die, welke bestemd zij voor verschillende frequenties; (3) zij zijn brede-band filters, die alle signalen met frequenties binnen de variabele band doorlaten.

De filters van de bovengenoemde groep (3) zijn evenwel praktisch 15 geen smalle-band filters en zijn derhalve sterk onderhevig aan interferentie. Ofschoon de filters van de bovenstaande groep (2) enige mate voor een smalle-band kunnen worden gebruikt, zijn veel van deze filters nodig, zodat de kosten en de ruimte daarvoor groot zullen zijn. Voorts is het bij de filters van groep (1) lastig te voorzien in een frequentie-20 selectiviteit, die voldoende is om andere signalen dan een gewenst signaal te onderdrukken.

Teneinde onder gebruik van de filters volgens groep (1) een voldoende frequentieselectiviteit te krijgen, is het nodig gebruik te maken van een groot 'aantal filtertrappen, hetgeen evenwel leidt tot een 25 toename van de verliezen. Meer in het bijzonder wordt indien een dergelrjk filter alshetbovengenoemdefilter 2 wordt gebruikt, de ruisfactor van de radio-ontvanger op een schadelijke wijze beïnvloed en treedt een naloopfout van het filter op; derhalve is het niet mogelijk het aantal filtertrappen willekeurig te vergroten.

30 Teneinde de interferentie uit naast gelegen kanalen te onder drukken is stroomafwaarts ten opzichte van de frequentieomzetter 5 een tussenfrequentie-signaalkiesfilter 7 aanwezig. Dit filter kan zodanig zijn, dat de centrale frequentie daarvan vast ligt en de subjectfrequen-tie daarvan gering is. Derhalve kan men gebruik maken van een goedkoop 35 filter met goede selectiviteit.

82 0 0 4 3 9----------------------- .

ï \ -3-

Het is duidelijk, dat de frequentieselectiviteit van de filters 2 en 4 onvoldoende is om de intermodulatie of kruismodulatie, welke wordt veroorzaakt door de hoogfrequentieversterker 3 en de frequentie-omzetter 5 te onderdrukken. Het mechanisme van het optreden van inter-5 modulatie zal later worden toegelicht.

Aangenomen wordt, dat de ontvangfrequentie fd is en dat er interferentiegolven fd±Af en fd±2 Af bij de frequentie fd aanwezig zijn. In de hoogfrequentieversterker treedt de frequentie fd uit de tertiaire n’iet-lineaire factor als onderstaand op: 10 2 (fd ± Af) - (fd±2 Af) = fd

Dit betekent het optreden van interferentie uit golven bij de frequentie fd. Deze frequentie varieert in afhankelijkheid van het type communicatie, dat tot stand wordt gebracht, en is in sommige gevallen van de orde van 10 KHz.

15 Om derhalve een eventuele interferentie te beletten, is een hoog- frequentiefilter nodig, dat de frequentiecomponenten welke zeer dicht bij de tijdens de communicatie gebruikte frequentie zijn gelegen, voldoende kan onderdrukken. Er zijn evenwel tot dusverre slechts piezo-elektrische hoogfrequentie filters beschikbaar, waarbij gebruik wordt gemaakt van 20 kristallen waarvan de centrale frequentie vastligt. In verband met deze gefixeerde centrale frequentie, behoren deze filters tot de bovenstaande groep (2).

De uitvinding beoogt nu de bovengenoemde bezwaren van de bekende radio-ontvangers te elimineren door te voorzien in een radio-ontvanger, 25 die een bijzonder goede anti-interferentie werking en gevoeligheid vertoont, waarbij gebruik wordt gemaakt van een filter, dat geringe verliezen heeft tengevolge van een variatie van de centrale frequentie en een grote gevoeligheid bezit, welk filter is voorzien van een elastische oppervlaktegolf versterker, die in een parametrische versterking voorziet.

30 ie uitvinding zalonderstaandnaderworden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een blokschema van een bij wijze van voorbeeld beschouwde gebruikelijke mengontvanger; fig. 2 een blokschema van een uitvoeringsvorm van een radio-ont-35 vanger volgens de uitvinding; fig. 3 een schema van een voorbeeld van een elastische oppervlakte-golfversterker, die bij de in fig. 2 afgeheelde uitvoeringsvorm wordt 8Γ21Γ0Τ3Τ -4- toegepast; fig. 4 frequentiekarakteristieken van de elastische oppervlaktegolf versterker volgens fig. 3; fig. 5 een blokschema van een andere uitvoeringsvorm volgens de 5 uitvinding; fig. 6 een blokschema van een gedeeltelijke variant van de in fig. 5 afgeheelde tweede uitvoeringsvorm; fig. 7 een blokschema- van een derde uitvoeringsvorm van een radiö-ontvanger volgens de uitvinding; 10 fig. 8 en 9 respectieve blokschema's van gedeeltelijke varianten van de derde uitvoeringsvorm volgens fig. 7.

In fig. 2, welke een eerste uitvoeringsvorm van een mengontvanger volgens de uitvinding toont, geven de verwijzingen overeenkomende met die volgens fig. 1, gelijke elementen of onderdelen aan; in deze figuur 15 is 12 een elastische oppervlaktegolfversterker, 13 een voorspanningsge-nerator van de versterker 12, 14 een pompenergiegeneratorketen, en 15 en 16 aanpassingsketens voor de transducenten van de elastische oppervlaktegolf ver sterker, zoals later zal worden beschreven.

Pig. 3 toont een voorbeeld van de genoemde elastische oppervlakte-20 golfversterker. In deze figuur is S een halfgeleidende substraat bestaande uit silicium (Si) en is I een piezo-elektrische film bestaande uit zinkoxyde (ZnO). I' is een film van siliciumoxyde (Si02). De bovengenoemde halfgeleidende substraat S, de siliciumoxydefilm I' en de piezo-elektrische film I zijn zodanig opgesteld, dat een laminaat is gevormd.

25 De bovengenoemde siliciumoxydefilm I' dient om het oppervlak van de halfgeleidende substraat S te stabiliseren.

Verder hebben 12^ en 12^ betrekking op respectievelijk elektrische signaalingangsorganen en -uitgangsorganen opgebouwd uit een elastische oppervlaktegolftransducent bestaande uit een kamvormige elektrode. De 30 elektrische signaalingangs- en uitgangsorganen zijn met de respectieve aanpassingsketens 15 en 16 verbonden; een elektrisch signaal wordt door de ingangsorganen 12^ omgezet in een elastische oppervlaktegolf, terwijl het oppervlaktegolfsignaal door de uitgangsorganen 122 in een elektrisch signaal wordt, omgezet.

35 is een elektrode voor het toevoeren van een gelijkspanning en pompenergie en deze elektrode bevindt zich in de voorplantings-baan van het oppervlaktegolfsignaal.

8200439 .....

--1 *>— .......... \y..... — ”· -5- *

is een elektrode welke voorziet in ohms contact met de half-geleidende substraat S

De bovengenoemde elektrode is geaard over een smoorspoel CH voor het onderdrukken van hoogfrequente stromen en een energiebron 13 5 waarvan de spanning variabel is en welke bron dient voor het aanleggen van een voorspanning. De elektrode is ook geaard over een condensator C voor het onderdrukken van gelijkstromen en een hoogfrequentiebron 14 voor het toevoeren van pompenergie.

Een elektrisch signaal, dat uit de aanpassingsketen 15 aan de in-10 gangsorganen 12^ wordt toegevoerd, wordt omgezet in een oppervlaktegolf-signaal en wordt over hetoppervlakvande piezo-elektrische film I naar de uitgangsorganen 122 voortgeplant. Aangenomen wordt,dat de frequentie van het op deze wijze voorgeplante oppervlaktegolfsignaal f is en dat uit de bron 13 aan de elektrode op de piezo-elektrische film I een 15 voorspanning wordt aangelegd, terwijl pompenergie met een frequentie 2f aan de elektrode wordt toegevoerd. Het oppervlaktegolfsignaal wordt versterkt onder invloed van de parametrische samenwerking, die het gevolg is van de niet-lineariteit van de oppervlakteladingslaagcapaciteit aan het oppervlak van de halfgeleidende substraat S onder de elektrode 20 ; dit versterkte signaal wordt door de uitgangsorganen 122 omgezet en afgevoerd.

De bovengenoemde versterking is een functie van de lengte van de elektrode in de voortplantingsrichting van de oppervlaktegolf,-de niet-lineaire intensiteit ξ aan het oppervlak van de halfgeleidende 25 substraat S, en de frequentie van de pompenergie; derhalve kan de versterking worden gewijzigd door de waarden van de bovenstaande factoren te veranderen. De bovengenoemde intensiteit ζ is afhankelijk van de niet-lineariteit van de oppervlakteladingslaagcapaciteit van de halfgeleidende substraat S, welke wordt bepaald door de waarde van de voor-30 spanning en de waarde van de pompenergie. In de praktijk worden de bovengenoemde twee typen parameters gewijzigd om de versterking in te t stellen.

De versterking van de elastische oppervlaktegolf'versterker 12 hangt af van de niet-lineariteit van de oppervlakteladingslaagcapaci-35 teit aan het oppervlak van de halfgeleidende substraat S, die uit 82 0 0 4 3 9—----------------- - i 4 - -6- silicium, enz. bestaat. Aangezien de invloed van deze niet-lineariteit betrekkelijk groot is vergeleken met het piezo-elektrische lichaam zelf, zoals afgeheeld en toegelicht onder verwijzing naar de gebruikelijke inrichting, kan de pompenergie op doeltreffende wijze worden 5 gereduceerd voor een vooraf bepaalde versterking.

Omdat de parametrische versterking van de elastische oppervlakte-golfversterker 12 een soort positieve terugkoppelversterking is,, is het nodig de elektrische Q te vergroten teneinde de versterking te vergroten. Fig. 4 toont een voorbeeld van de frequentieresponsie van 10 de versterking van de versterker 12 bij een verandering van Q. Zoals uit deze figuur blijkt, wordt wanneer Q toeneemt de frequentieband-breedte kleiner, terwijl de versterking A groter wordt. Aangezien de frequentiebandbreedte op deze wijze met de verandering in versterking A kan worden gewijzigd, kan de versterker 12 voorts een versterkingsfunc-15 tie binnen een variabele bandbreedte bezitten.

Zoals boven is toegelicht, kan de elastische oppervlaktesignaal -versterker 12 worden betiteld als een hoogfrequentieversterker met grote versterking, grote selectiviteit en variabele afstemming en wel door het toevoeren van een geschikte voorspanning en pompenergie (waar-20 bij voor een variabele afstemmming het voldoende is gebruik te maken van een pompenergiefrequentie, welke tweemaal hoger is dan de ontvang-frequentie ), waarbij deze elastische oppervlaktegolfversterker 12 in de plaats kan treden van de gebruikelijke filters 2 en 4 en de hoogfrequentieversterker 3.

25 In verband met de grote selectiviteit van de versterker 12 is het mogelijk frequentiecomponenten bij de ontvangfrequentie,die niet door een gebruikelijke versterker *van het variabele afstemtype kunnen worden onderdrukt, te onderdrukken en derhalve te beletten, dat storende verschijnselen optreden, zoals intermodulatie of kruismodulatie, welke 30 zich voordoen bij de gebruikelijke hoogfrequentieversterker en frequentieömzetter. Verder heeft aangezien het versterkingsmechanisme van de elastische oppervlaktegolfversterker een parametrische versterker is, de versterker een geringe ruis en een grote gevoeligheid.

Het in de 'tussenfrequentietrap gebruikte filter 7 behoeft geen 35 filter met bijzonder goede werking te zijn.

- 32 0 &4 3 9--------:-------‘ - -7-

Fig. 5 toont een tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij de pompenergiebron of keten 13 niet uit een onafhankelijke oscillator bestaat doch de pompenergie uit de locale oscillator 6 van de ontvanger wordt verkregen, zoals later zal worden beschreven.

5 In fig. 5 is 17 een frequentieverdubbelaar, 18 een filter, 19 een locale oscillator, 20 een frequentieomzetter, 21 een filter en 22 een bufferversterkerketen. De frequentieomzeteenheid bestaande uit de locale oscillator 19 en de frequentieomzetter 20 en het filter 21 kan stroomopwaarts ten opzichte van de frequentieverdubbelaar 17 aanwezig 10 zijn.

Aangenomen wordt, dat de ontvangfrequentie fs en de tussenfre-quentie (IF) fi is. De oscillatiefrequentie van de locale oscillator wordt gelijk gekozen aan fs+fi (of fs-fi). Het uitgangssignaal met deze frequentie uit de locale oscillator 6 wordt in de frequentiever-15 dubbelaar 17 verdubbeld voor het verschaffen van een signaal met een frequentie 2 (fs±fi). Een grondharmonische (fsifi)component en frequentiecomponenten welke meer dan ---.:: driemaal hoger liggen dan de ontvangfrequentie, worden uit dit frequentiesignaal door het filter 18 verwijderd. Waar de locale oscillator 9 aan de uitgang daarvan een 20 signaal met een constante frequentie van 3fi levert, bestaat het uitgangssignaal van de frequentieomzetter 20 uit: 2(fsifi)±2fi = 2fs (1) 2(fs±fi)±2fi = 2fs±3fi (2)

De frequentiesignalen van 2fs, 2fs+3fi (wanneer de oscillatie-25 frequentie van de locale oscillator 6 gelijk aan fs+fi wordt gekozen) en 2fs-3:fi (wanneer de oscillatiefrequentie gelijk aan fs-fi wordt gekozen) worden namelijk uit de frequentieomzetter 20 geleverd. Aange- . zien de frequentiecomponent van 2fs±3fi van de frequentiesignalen onnodig is, wordt deze. door het filter 12 verwijderd en wordt slechts 30 de component van 2fs door de bufferversterkerketen 22 versterkt en aan de elastische oppervlakgolfversterker 12 toegevoerd.

Aangenomen wordt, dat de ondergrens van de ontvangfrequentie ^smin en bovengrens fsmax i-s- Het frequentiegebied van de pompenergie is 2fsmi.n tot 2fsTnay. In dit geval geldt voor de uitgangssig-35 nalen overeenkomende met de bovenstaande vergelijking (2): 2fs . ± 3fi tot 2fs ± 3fi (3) min max 8 2 ö ö 4 3 ST ‘ · : 4 -8- 2fs . + 3fi in (3) kunnen een waarde aannemen, welke zeer dicht mm bij 2fs ligt of welke kleiner is dan 2fs , of 2fs - 3fi kan J max 3 max max een waarde aannemen welke zeer dicht ligt bij 2fs . , of meer dan mm 2fSmin bedragen; ^ 9eval kunnen deze onnodige componenten niet j. door slechts het filter 21 worden verwijderd.

Derhalve is, als aangegeven in fig. 5 een aantal filters 21 zoals 21^, 21^____ aanwezig, en deze worden op een geschikte wijze gekozen door middel van de schakelaars SWl en SW2 en wel overeenkomstig de ont-vangfrequentie.

In het bovenstaande geval kan de frequentieomzetter 20 van het beeldeliminatietype zijn in plaats van het aantal filters 21 te omvatten. Aangezien een frequentieomzetter van het beeldeliminatietype praktisch niet de component levert, welke wordt gegeven door de bovenstaande vergelijking (2), overeenkomende met een beeldfrequentie, kan het ._ filter 21 worden weggelaten of kan dit filter bestaan uit een meer lo eenvoudig filter.door gebruik te maken van een frequentieomzetter van dit beeldeliminatietype.

Pig. 7 toont een verdere uitvoeringsvorm van een radio-ontvanger volgens de uitvinding. Bij deze uitvoeringsvorm hebben de locale 2q oscillator 6 en de pompenergiebron of.-keten 13 de vorm van een PLL- keten, welke is opgebouwd uit een bufferketer 27 (30), een spannings- bestuurde oscillator 28 (29) een programmeerbare deler 24 (31) en een fasevergelijkingsinrichting'23 (32), en verder een deler 26 , die gemeenschappelijk'is voor een referentieoscillator 25, welke deler het 25 oscillatie-uitgangssignaal van laatstgenoemd onderdeel deelt.

Bij deze uitvoeringsvorm hebben de pompenergieketen en de locale .

oscillator van de elastische.oppervlaktegolfversterker de opbouw van » \ een PLL-keten; derhalve is de werking van de mengontvanger bijzonder · stabiel. De pompenergieketen bestaat uit een onafhankelijke oscillator. 2Q Deze oscillator moet.zo stabiel zijn, dat het grootste gedeelte van de smalle-bandkarakeristiek van de elastische oppervlaktegolfversterker wordt verkregen. In verband met de variabele frequentie en stabiliteit is de PLL-keten optimaal voor het leveren van pompenergie; volgens de uitvinding delen de PLL-keten voor de locale oscillator en die voor 25 hetlëseEën.van^ie pompenergie de referentieoscillator en de deler.

8200439 ‘ V·

- V

-9-

Derhalve wordt de ketenconfiguratie vereenvoudigd en kunnen de ver-vaardigingskosten worden gereduceerd.

Stroomopwaarts ten opzichte van de programmeerbare delen 24 (31) kan een voor-deelinrichting 33 of een menginrichting 34 en een locale 5 oscillator 35 aanwezig zijn, als aangegeven in fig. 8.

% --------------3-2 0-0 4 3-9—J—---=-' -

Claims (8)

1. Ontvanger gekenmerkt door een hoogfrequentieversterker bestaande uit een elastische oppervlaktegolfversterker van het parametrische versterkingstype, waarbij een ontvangen hoogfrequent signaal door deze elastische oppervlaktegolfversterker wordt versterkt en het op deze 5 wijze versterkte signaal aan de stroomafwaarts ten opzichte daarvan gelegen keten wordt toegevoerd.

2. Een mengontvanger gekenmerkt door een elastische oppervlaktegolfversterker van het parametrische versterkingstype, een.eerste aan-passingsketen en een tweede aanpassingsketen, waarbij de eerste aan- 10 passingsketen tussen een antenne van de ontvanger en de ingang van de elastische oppervlaktegolfversterker is verbonden, terwijl de tweede aanpassingsketen tussen de uitgang van de elastische oppervlaktegolfversterker en een frequentieomzetter van de ontvanger is verbonden.

3. Ontvanger volgens een der conclusies 1 en 2 met het kenmerk, 15 dat de elastische oppervlaktegolfversterker is voorzien van organen voor het toevoeren van pompenergie, waarbij de frequentie van de pomp-energie wordt ingesteld op het dubbele van de ontvangfrequentie van de ontvanger.

4. Ontvanger volgens conclusie 2 gekenmerkt door een keten om als 20 pompenergie aan de elastische oppervlaktegolfversterker het oscillatie-uitgangssignaal van de locale oscillator voor tussenfrequentie-omzet-ting van de ontvanger toe te voeren.

5. Ontvanger volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat de genoemde keten is voorzien van een frequentieverdubbelingsketen, een mengketen 25 voor frequentieomzetting van het signaal met dubbele frequentie uit de frequentieverdubbelingsketen, en een filterketen om slechts componenten waarvan de frequentie tweemaal zo groot is als de ontvangfrequentie, uit het in frequentie omgezette uitgangssignaal van de mengketen te onttrekken-

6. Ontvanger volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de filter keten een aantal filters omvat en zodanig is opgebouwd, dat de filters STD0T3~9 : : ' -11- '* ·% selectief overeenkomstig de ontvangfrequentie worden gebruikt.

7. ontvanger volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de pompenergie-keten een eerste PLL-keten omvat.

8. Ontvanger volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat de locale 5 oscillator voor tussenfrequentie-omzetting van de ontvanger een tweede PLL-keten omvat. \ ... . 8 2 0 0 4 3^9____..