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Einrichtung zum Empfang eines Normalzeitsenders mit hoher Selektivität - Dokument DE4340986A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4340986A1 08.06.1995
Titel Einrichtung zum Empfang eines Normalzeitsenders mit hoher Selektivität
Anmelder Roth, Heinz-Jürgen, 80469 München, DE
DE-Anmeldedatum 01.12.1993
DE-Aktenzeichen 4340986
Offenlegungstag 08.06.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.1995
IPC-Hauptklasse H04B 1/28
IPC-Nebenklasse G04C 11/02   
Zusammenfassung Bisherige Normalzeitempfänger benutzen zur Filterung Schwingquarze, die in der Herstellung teuer sind. Weiterhin werden Filterschaltungen benutzt, die sich durch eine größere Anzahl von notwendigen Komponenten auszeichnen und damit eine kleine Bauform z. B. bei Armbanduhren erschweren. Nachteilig wirkt sich bei der Verwendung von Schwingquarzen die Einschwingzeit aus, die einen negativen Einfluß auf die Genauigkeit der Auswertung hat und einen größeren Softwareaufwand notwendig macht. Letzterer kann zur Verteuerung des Uhrenprozessors führen.
Durch den Einsatz von Piezoresonatoren ist mit minimalstem Aufwand an Filterkomponenten eine hohe Empfangsselektivität erreicht. Zur Zwischenfrequenzbildung ist die Summe von Eingangsfrequenz und Oszillatorfrequenz gewählt, um eine günstige Bauform der Piezoresonatoren zu erreichen d. h. die Gehäusegröße klein zu halten und einen kompakten Aufbau des Normalzeitmoduls bei hoher Verstärkung zu ermöglichen. Rückkopplungseffekte werden durch die Wahl der ZF als Summe von Eingangsfrequenz und Oszillatorfrequenz der Uhr vermieden.
Der Einsatz von Piezoresonatoren gegenüber Quarzen ist kostengünstiger.
Die Verwendung von Piezoresonatoren ermöglicht den Empfang von Normalzeitsendern mit hoher Selektivität und geringer Anzahl von notwendigen Komponenten bei kompakter Bauform. Die Herstellungskosten eines Empfängers mit Piezoresonatoren sind günstiger als bei einem Empfänger mit Filterquarzen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Empfang eines Normalzeitsenders in Uhren. Solche Empfangseinrichtungen sind bekannt und werden für besonders hohe Ganggenauigkeit eingesetzt (Chronometer). In "alte Uhren und moderne Zeitmessung", Ausgabe 4/89 werden ausführlich verschiedene Empfangsverfahren beschrieben und mit Blockschaltbildern erläutert. Bei den danach von der Uhrenindustrie angebotenen Funkuhren zum Empfang von Normalzeitsendern handelt es sich um Geradeaus- oder Überlagerungsempfänger, die für eine Aufbereitung des Normalzeitsignals sorgen. Nachgeschaltet ist ein Prozessor, der zur Synchronisation und Ablaufsteuerung der Uhr dient. Für den Empfang des Normalzeitsignals sind die Empfänger selektiv ausgebildet, da einerseits eine diskrete Frequenz ausgewertet werden muß und andererseits gegenüber Fremdsignalen eine hohe Selektion erforderlich ist. Für den Uhrenprozessor wird ein 32 768 Hz Quarz als Zeitnormal benutzt. Zum Empfang des Normalzeitsignals erfolgt mehrmals in 24 Stunden für einige Minuten die Aktivierung des Empfänger, um das Zeittelegramm zu empfangen und die Uhr zu synchronisieren.

Übliche Daten dieser Empfänger sind Verstärkungen von ca. 90 dB . . . 120 dB und AGC-Regelungen von ca. 80 dB . . . 100 dB, um im Nah-und Fernbereich eines Normalzeitsenders einen auswertbaren Empfang zu gewährleisten. Da der Normalzeitsender auf einer diskreten Frequenz mit höchster Genauigkeit das Zeitsignal aussendet, sind die Normalzeitempfänger mit hoher Selektivität und guter Störunterdrückung gegenüber Fremdsignalen ausgestattet. Neben dem Parallelschwingkreis der Antenne dient zur Filterung des Empfangssignals wegen des geringen Bauteileaufwands und der hohen Güte ein Schwingquarz. Der Nachteil des Schwingquarzes liegt im verhältnismäßig hohen Preis und in der langen, Einschwingzeitkonstante, die zu einer Unschärfe der Triggerschwelle für die Auswertung führt.

Nach heutigem Stand der Technik liegen folgende Aufgaben vor:

  • A: Verbesserung der Empfangseigenschaften des Normalzeitempfängers
  • B: Reduzierung des Bauteileaufwands und damit weitere Miniaturisierungsmöglichkeiten.
  • C: Senkung der Bauteilekosten
  • D: Große Stabilität des Empfängers bei hoher Selektivität und Verstärkung.
  • E: die Notwendigkeit Antenne und Empfänger in unmittelbarer Nähe zueinander unterzubringen.


Diese Aufgabenstellung wird durch die im Patentanspruch 1 und 2 angegebene Erfindung gelöst. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines Funkempfängers mit externen Komponenten dargestellt. An den Anschlüssen OUT2/IN3 und OUT3/DEMIN sind die Piezoresonatoren angeschlossen.

Der Funkempfänger besteht aus dem Eingangsvorverstärker mit Antennenschwingkreis A. Am Anschluß 1 wird das Antennensignal dem Eingangsvorverstärker zugeführt. Dieser Teil der Schaltung weist AGC-Eigenschaften auf, um Übersteuerungen des Signals zu vermeiden. Nachfolgend wird das verstärkte Eingangssignal im Block Mixer mit der externen Quarzoszillatorfrequenz über den Mischereingang B gemischt und im ZF-Preamplifier weiter verstärkt.

Zur Filterung der ZF dient der Piezoresonator C an den Anschlüssen OUT2 und IN3. Die Resonanzmittenfrequenz liegt bei 110,268 KhZ. Nachfolgend ist ein ZF-Amplifier geschaltet, der zur Spannungsverstärkung dient, um das Signal auf Demodulationsnivea zu verstärken. Am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers ist ein zweiter Piezoresonator D zwischen den Anschlüssen OUT3 und DEMIN angeschlossen. Mit diesem Piezoresonator wird die Empfangsgüte weiter verbessert.

Durch die Wahl einer Zwischenfrequenz, ist gegenüber einem Geradeausempfänger die Schwingneigung vermieden, die auftritt, wenn nach hoher Verstärkung Signale parasitär auf den Antenneneingang zurückkoppeln und damit eine Auswertung unmöglich machen. Hierfür reichen nach gemachten Untersuchungen bei Geradeausempfängern parasitäre Kapazitäten im fF-Bereich aus, die schon beim Herausführen von Signalen aus dem integrierten Schaltkreis vorhanden sind. Die Forderung, die Antenne möglichst dicht am Empfangskreis anzuordnen, um eine kleine Modulbauform bei hoher Selektivität zu erreichen, ist damit durch die Wahl eines Überlagerungsempfängers gegeben.

Am Anschluß E wird das verstärkte Zwischenfrequenzsignal einem Full-Wave-Rectifier Block zugeführt. Hier werden Signale für den AGC-Block und den Demodulator gewonnen. Anschließend an den Demodulator folgt ein Schmitt-Trigger, der die demodulierte Zeitinformation zur weiteren Auswertung an G zur Verfügung stellt. Die Blöcke FC und FD kompensieren die parasitären Gehäusekapazitäten der Piezoresonatoren und korrigieren somit die Verzerrung der Filterkurve.


Anspruch[de]
  1. Einrichtung zum Empfang eines Normalzeitsenders (in Zentraleuropa des Senders DCF77) mit einem selektiven Überlagerungsempfänger, bestehend aus HF-Eingangsverstärker und ZF-Verstärker dadurch gekennzeichnet, daß
    1. 1. zur Erzeugung der ZF der Quarzoszillator der Uhr selbst (üblicherweise 32 768 Hz) oder ein externer Quarzoszillator benutzt wird und die ZF auf der Mischfrequenzsumme - Eingangsfrequenz plus der Quarzoszillatorfrequenz - mit einem Piezoresonator gefiltert wird.
    2. 2. zur Filterung der ZF ein Piezoresonator benutzt wird dessen Resonanzfrequenz die Summe von Eingangsfrequenz und einem Vielfachen der Oszillatorfrequenz ist.
    3. 3. zur Filterung der ZF zwei Piezofilter benutzt werden deren Resonanzfrequenz die Summe von Eingangsfrequenz und einem Vielfachen der Oszillatorfrequenz ist.






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