Фазовый модулятор

Полезная модель фазового модулятора относится к радиотехнике и может быть применена при создании систем высококачественной радиосвязи. В отличие от известных в предлагаемой модели дополнительно введены два резистора и дифференциальный усилитель. Техническим результатом, на достижение которого направлено применение полезной модели является устранение паразитной амплитудной модуляции и увеличение индекса фазовой модуляции.

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиотехнических установках, в частности в радиопередатчиках.

Известно устройство для фазовой модуляции включающее задающий генератор, балансный модулятор, фазовращатель и усилитель (см., например, Гоноровский И.С, Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. Изд. 2-е перераб. и дополненное. М., «Советское радио», 1971 г., стр.460).

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является устройство (Ворона В.А. Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета: Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком. стр.168-169), содержащее задающий генератор, колебательный контур с нелинейной емкостью управляемой модулирующим напряжением. В колебательный контур подключен варикап, емкость которого меняется под воздействием модулирующего напряжения, что приводит к расстройке контура относительно сигнала задающего генератора и как следствие к изменению фазы выходного сигнала.

Недостатками таких схем фазовой модуляции сигнала является малые индексы модуляции (не более 0.8) и паразитная амплитудная модуляция фазомодулированного сигнала.

Техническим результатом применения полезной модели является увеличение индекса модуляции и исключение паразитной амплитудной модуляции фазомодулированного сигнала.

Технический результат достигается тем, что в фазовый модулятор, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, первый резистор, катушку индуктивности и первый конденсатор, второй вывод которого соединен с корпусом, второй конденсатор переменной емкости, подключенный параллельно первому конденсатору, источник модулирующего сигнала, подключенный к общему узлу первого, второго конденсаторов и катушки индуктивности, при этом изменяют емкость конденсатора переменной емкости под воздействием модулирующего сигнала, поступающего от источника модулирующего сигнала, дополнительно введены последовательно соединенные второй и третий резисторы, а также дифференциальный усилитель, при этом первый вывод второго резистора подключен к выходу задающего генератора, общий узел второго и третьего резисторов подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, второй вывод третьего резистора соединен с выходом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с общим узлом первого резистора и катушки индуктивности, выход дифференциального усилителя является выходом фазового модулятора.

Сущность полезной модели заключается в том, что введенные в схему дифференциальный усилитель, второй и третий резисторы обеспечивают преобразование комплексной передаточной функции колебательного контура в передаточную функцию неминимальнофазовой цепи. При этом амплитудно-частотная характеристика полученной цепи становится частотно-независимой, что исключает паразитную амплитудную модуляцию, а разность фаз входного и выходного напряжений изменяется вдвое больших пределах (от 0 до 360 градусов) чем в к колебательном контуре (от 0 до 180 градусов).

На фиг.1 представлена схема предлагаемой полезной модели, где обозначено: 1 - задающий генератор, 2 - первый резистор, 3 - катушка индуктивности, 4 - первый конденсатор, 5 - второй конденсатор переменной емкости, 6 - источник модулирующего сигнала, 7 - второй резистор, 8 - третий резистор, 9 - дифференциальный усилитель.

Дифференциальный усилитель предназначен для инвертирования сигнала задающего генератора (1) без его усиления и суммирования его с сигналом с колебательного контура, образованного первым резистором (2), катушкой индуктивности (3), первым (4) и вторым конденсаторами. Второй (7), третий (8) резисторы обеспечивают требуемые коэффициенты усиления по инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя. В качестве дифференциального усилителя может быть применен промышленно выпускаемый операционный усилитель.

Схема работает следующим образом. Задающий генератор (1) формирует высокочастотное колебание U_Г , подаваемое одновременно на инвертирующий вход дифференциального усилителя (9) через второй резистор (7) и колебательный контур, образованный последовательно включенными первым резистором (2), катушкой индуктивности (3) первым (4) и вторым (5) конденсаторами. Напряжение на указанном колебательном контуре имеет сдвиг фазы относительного U_Г, определяемый частотными свойствами контура. Под воздействием модулирующего сигнала U _МОД поступающего от источника модулирующего сигнала (6) конденсатор переменной емкости (5) изменяет свою емкость, вследствие чего изменяются частотные свойства контура, что влечет изменение разности фаз напряжения на колебательном контуре и задающего генератора U_Г, при неизменной частоте входного U_Г. Первый резистор (2) обеспечивает требуемую добротность контура, что позволяет менять крутизну фазочастотной характеристики контура. Второй, третий резисторы (7, 8) и дифференциальный усилитель образуют инвертор и сумматор. В дифференциальном усилителе сигнал задающего генератора без изменения амплитуды инвертируется на 180° и складывается с сигналом с колебательного контура. С выхода дифференциального усилителя снимается фазомодулированный сигнал U_ФМ.

Доказательство исключения паразитной амплитудной модуляции и увеличения индекса модуляции заключается в анализе передаточной функции предлагаемой полезной модели. Элементы контура R₁, L, С₁ и C ₂ образуют цепь с передаточной функцией

где - круговая резонансная частота контура, - добротность контура, р=j - комплексный оператор, - круговая частота.

При выборе R₂ =R₃ коэффициент усиления диффренциального усилителя по инвертирующему входу равен - 1, по неивертирующему 2. Поэтому получим, результирующую передаточную функцию

После преобразований передаточная функция (2) примет вид

Амплитудно-частотная характеристика полезной модели не зависит от частоты:

Фазочастотная характеристика полученной цепи:

в то время как фазочастотная характеристика колебательно контура равна:

Таким образом, фазочастотная характеристика предлагаемой полезной модели изменяется вдвое больших пределах. Поскольку резонансная частота зависит от С₂, являющейся функцией модулирующего напряжения С₂=f(U_МОД), то фазочастотная характеристика преобразуется в функцию двух аргументов

Если в выражении (6) зафиксировать частоту =const (частоту сигнала задающего генератора), то разность фаз входного и выходного напряжения становится функцией модулирующего напряжения =f(U_МОД), в результате чего под воздействием U_МОД происходит модуляция фазы высокочастотного сигнала задающего генератора, а индекс модуляции может изменяться в пределах 02, линейность модуляционной характеристики может сохраняться в пределах 01.57.

На фиг.2 представлены графики частотной зависимости фазы выходного сигнала при дискретных значениях емкости контура. При фиксированной частоте задающего генератора равной 510 кГц разность фаз входного и выходного напряжений изменяется от 120° до 240° при изменении С₁+С₂ в пределах 105-109 пкф. На фиг.3 представлена статическая модуляционная характеристика для случая R₃=100 Ом, 0.91 мГн при частоте задающего генератора равной 510 кГц.

Как следует из фиг.3 модуляционная характеристика достаточно линейна в пределах изменения разности фаз от 60° до 270° при изменении емкости С_пер в пределах 105-109 пкф, что легко реализуется посредством применения варикапов.

Использование предлагаемой полезной модели позволяет практически исключить паразитную амплитудную модуляцию и вдвое увеличить индекс фазовой модуляции, данные преимущества и определяют технико-экономический эффект предлагаемого модулятора.

Полезная модель может бать реализована промышленно выпускаемыми электронными приборами.

Фазовый модулятор, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, первый резистор, катушку индуктивности и первый конденсатор, второй вывод которого соединен с корпусом, второй конденсатор переменной емкости, подключенный параллельно первому конденсатору, источник модулирующего сигнала, подключенный к общему узлу первого, второго конденсаторов и катушки индуктивности, при этом изменяют емкость конденсатора переменной емкости под воздействием модулирующего сигнала, поступающего от источника модулирующего сигнала, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные второй и третий резисторы, а также дифференциальный усилитель, при этом первый вывод второго резистора подключен к выходу задающего генератора, общий узел второго и третьего резисторов подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, второй вывод третьего резистора соединен с выходом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с общим узлом первого резистора и катушки индуктивности, выход дифференциального усилителя является выходом фазового модулятора.