ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР

ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для формирования фазомодулированных сигналов в радиотехнических устройствах различного назначения, а также в электроизмерительной технике.
Известен фазовый модулятор с преобразованием амплитудной модуляции в фазовую, содержащий последовательно соединённые фазовращатель на 7Г/2 и сумматор, а также последовательно соединённые источник модулирующего сигнала и балансный модулятор, второй вход которого соединён с выходом источника высокочастотного сигнала, а выход - со вторым входом сумматора (см. Верещагин Е.М., Никитенко Ю.Г. Частотная и фазовая модуляция в технике связи. М.:, Связь, 1974, с. 125).
Однако выходной сигнал имеет относительно больщой уровень паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) и фазовая модуляция сопровождается нелинейными искажениями.
Более соверщенным и наиболее близким по технической сущности к предложенному является фазовый модулятор, содержащий последовательно соединённые источник высокочастотного (модулируемого) сигнала, фазовращатель на 7Г/2, первый амплитудный модулятор и сумматор, последовательно соединённые источник модулирующего сигнала и инвертор, выход которого подключен ко второму входу первого амплитудного модулятора, а также второй амплитудный модулятор, один вход которого соединён с выходом источника высокочастотного сигнала, второй вход - с выходом источника модулирующего сигнала, а выход второго амплитудного модулятора подключен ко второму входу сумматора, выход которого является выходом устройства (см. Верещагин Е.М., Никитенко Ю.Г. Частотная и фазовая модуляция в технике связи. М.:, Связь, 1974. с. 127).
Принцип работы этого устройства состоит в том, что от источника высокочастотного (модулируемого) сигнала (см. фиг. 1) два напряжения несущей частоты, сдвинутые по фазе на 90°, поступают на амплитудные модуляторы, где модулируются от источника модулирующего сигнала напряжением низкой частоты в противофазе. После амплитудных модуляторов колебания линейно складываются в сумматоре, на выходе которого и формируется фазомодулированный сигнал.
Математически этот процесс можно представить следующим образом. С выхода источника высокочастотного сигнала ИВС1 модулируемое
колебание (ot поступает на фазовращатель на 7i/2 ФВ2. после которого имеет вид ll2 USincot, где со - несущая частота.
М. КлЛНОЗСЗ/38
рез инвертор ИНВ5 на второй вход первого амплитудного модулятора АМ6, на выходах которых формируются соответственно сигналы
(1+ me)Coscot и U4 U(l- me)Sina)t. После амплитудных модуляторов колебания линейно суммируются в сумматоре СУМ7, на выходе которого формируется фазомодулированный сигнал
U5 U3+ (l+me)Coso)t-i-(l-me)Sinrot) и1Со8(со1-7г/4+ф :).
где  ,41 и VI + (те) , 9v arctg(me).
Максимально возможный индекс модуляции, который можно осуществить в этой схеме ,78. Проверим, чему равны U и фх в случае, если модулирующее напряжение ,78.
1,41 и Vl -t- 0,6  1,41  1,,79U. Следовательно, коэффициент глубины паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) ,27. фv arctgO,,68paд 37°(a не 45°, как должно быть при идеальной фазовой модуляции без искажений).
Из этих выражений следует, что фазовая модуляция сопровождается искажениями выходного фазомодулированного сигнала, модуляционная характеристика нелинейная и имеется наличие паразитной амплитудной модуляции.
Следовательно, эта схема может формировать неискажённый фазомодулированный сигнал с незначительной ПАМ только при малых индексах фазовой модуляции.
Целью предлагаемого технического решения является получение неискажённого фазомодулированного сигнала без паразитной амплитудной модуляции и с максимально возможным индексом модуляции .
Поставленная цель достигается тем, что в фазовый модулятор, содержащий последовательно соединённые источник высокочастотного (модулированного) сигнала, фазовращатель на 7i/2, первый амплитудный модулятор и первый сумматор, второй амплитудный модулятор, первый вход которого соединён с выходом источника высокочастотного сигнала, а выход- со вторым входом первого сумматора, последовательно соединённые источник модулирующего сигнала и первый инвертор, введены последовательно соединённые первый перемножитель сигналов, первый аттенюатор, второй инвертор и второй сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого амплитудного модулятора, последовательно соединённые второй перемножитель сигналов, второй аттенюатор, третий инвертор и третий сумматор, выход которого подключен ко второму входу второго амплитудного модулятора. При этом второй вход второго сумматора соединён с выходом второго аттенюатора, третий вход второго сумматора подключен к выходу первого инвертора, второй вход третьего сумматора соединён с выходом второго инвертора, третий вход третьего сумматора соединён с выходом источника модулирующего сигнала, первым и вторым входами первого перемножителя сигналов, первым входом второго
перемножителя сигналов, второй вход которого соединён с выходом первого перемножителя сигналов, а выходом устройства является выход первого сумматора.
Известно, что в идеальном фазовом модуляторе, построенном по схеме устройства-прототипа, фазовая модуляция получается без искажений в
случае, если Us U3+ U4 1,41 Cos(cut-7i/4+me). Для этого необходимо иметь:
(Cosme-i-Sinme)Coscot,
U4 U(Cosme-Sinme)Sincot.
В самом деле, тогда после преобразований получим:
115 U3+ 114 U(Cosme+Sinme)Coso)t+(Cosme-Sinnie)Sin(ot U(Cosme CoscoH- Sinme Cos(ot+ Cosme Sincot- Sinme Sin(ot)
(u)t-bme)-i-Sin(cot+ me)V2 иСо8(сй1-я/4-1- me).
Сформировать из модулирующего сигнала me сигналы Cos(me) и Sin(me) точно не представляется возможным.
Однако при ,78 с большой степенью точности эти функции можно представить рядом Тейлора с учётом первых двух членов разложения: Cos(me)l-(me)2/2, Sin(me) me-(me)V3.
В этом случае предложенный фазовый модулятор с применением новых элементов, объединённых соответствующими связями с остальными узлами схемы, позволяет получить практически неискажённый фазомодулированный сигнал без паразитной амплитудной модуляции и с максимально возможным индексом модуляции .
Решения со сходными признаками и свойствами при поиске не обнаружены заявителем. Поэтому можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.
На фиг.2 изображена блок-схема предлагаемого фазового модулятора. Фазовый модулятор содержит последовательно соединённые источник высокочастотного(модулируемого) сигнала ИВС1, фазовращатель на л;/2 ФВ2, первый амплитудный модулятор АМЗ и первый сумматор СУМ4. второй амплитудный модулятор АМ5, первый вход которого соединён с выходом ИВС1, а выход АМ5 подключен ко второму входу первого сумматора СУМ4, последовательно соединённые источник модулирующего сигнала ИМС6 и первый инвертор ИНВ7, последовательно соединённые первый перемножитель сигналов Г1С8, первый аттенюатор АТ9, второй инвертор ИНВЮ и второй сумматор СУМ11, выход которого подключен ко второму входу первого амплитудного модулятора АМЗ, последовательно соединённые второй перемножитель сигналов ПС 12, второй аттенюатор AT 13, третий инвертор ИНВ14 и третий сумматор СУМ 15, выход которого подключен ко второму входу второго амплитудного модулятора AM5. При этом второй вход второго СУМ II соединён с выходом второго аттенюатора AT 13, третий вход второго СУМ 11 подключен к выходу первого инвертора ИНВ7, второй вход третьего сумматора СУМ 15 соединён с выходом второго инвертора ИНВЮ, третий вход третьего сумматора СУМ 15 соединён с выходом источника ИМС6, первым и вторым входами первого ПС8. первым входом второго ПС 12, второй вход которого соединён с выходом первого ПС8, а выходом устройства является выход первого сумматора СУМ4.
Фазовый модулятор работает следующим образом.
С выхода источника высокочастотного (модулируемого) сигнала ИВС1 на вход фазовращателя на 7i/2 ФВ2 и на первый вход второго амплитудного
модулятора АМ5 поступает напряжение несущей частоты со (ot.
При этом на выходе фазовращателя ФВ2 формируется сигнал U2-USincot. Модулирующее напряжение те поступает от источника модулирующего сигнала ИМС6 непосредственно на третий вход третьего сумматора СУМ 15 и через первый инвертор ИНВ7 на третий вход второго сумматора СУМ 11 в виде - те. Одновременно модулирующее напряжение те с выхода источника модулирующего сигнала ИМС6, пройдя первый перемножитель сигналов ПС8, первый аттенюатор АТ9 с коэффициентом передачи ai  l/2, второй инвертор ИПВЮ, поступает на вторые входы второго сумматора СУМ11 и третьего сумматора СУМ 15 в виде - (теУ/2. С выхода второго перемножителя сигналов ПС 12 модулирующий сигнал (те) проходит второй аттенюатор AT 13 с коэффициетом передачи  и поступает непосредственно на третий вход второго сумматора СУМ 11 в виде {me)-V6 и через третий инвертор ИНВ14 на первый вход третьего сумматора СУМ 15 и имеет значение -(me)V6.
В результате линейного суммирования входных сигналов на выходе второго сумматора СУМ11 формируется сигнал
(me)2/2+(me)V6, а на выходе третьего сумматора СУМ 15
Us3 me- (me)2/2- (те)з/6. Тогда на выходе второго амплитудного модулятора АМ5 (или на втором входе первого сумматора СУМ4) получается
1X3 U(l+me-(me)2/2-(me)V6)Cosa)t, а на выходе первого амплитудного модулятора (или на первом входе первого сумматора СУМ4) имеется
U4 U(l-me-(me)2/24-(me)3/6)Sin(ot.
При этом на выходе сумматора СУМ4 формируется фазомодулированное колебание
Us  из -ь U4  Uv Со8(со1-я/4+ф1), где ,41 jl -  +
me9v arctg-
1236
Проверим чему равны Us и ф в случае, если модулирующее напряжение ,78.
Us 1,41 и с точностью до 0,1 %,
,78рад 45° с точностью до 0,1%.
Таким образом, предложенный фазовый модулятор позволяет получить практически неискажённую фазовую модуляцию входного сигнала без паразитной амплитудной модуляции и при максимально возможном индексе модуляции , то-есгь позволяет реализовать все свои потенциальные возможности.
Доказательством возможности осуществления предлагаемого фазового модулятора является то, что основные вводимые блоки построены на серийных микросхемах: перемножители сигналов на микросхеме К525ПСЗ (прецизионный перемножитель), инверторы-на операционном усилителе 140УД20. Аттенюаторы (делители напряжений) и сумматоры можно выполнить пассивными, на резисторах. Фазовращатель на 7г/2 представляет собой резонансную цепь (например, LC-контур), в которой определённым подбором реактивных элементов (L,C) достигается фазовый сдвиг на я/2 несущей частоты.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет получить практически неискажённый фазомодулированный сигнал без ПАМ при индексе модуляции , что обычно достаточно в больщинстве случаев использования фазовых модуляторов в радиотехнических устройствах.