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 источник высокочастотного (модулируемого) сигнала, фазовращатель на 7i/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, сЛ27).
Принцип работы этого устройства состоит в том, что от источника высокочастотного (модулируемого) сигнала 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. Однако фазовая модуляция сопровождается искажениями выходного фазомодулированного сигнала, модуляционная характеристика нелинейная и имеется наличие паразитной амплитудной модуляции (ПАМ).
В этой схеме формирование неискажённого фазомодулированного сигнала с незначительной ПАМ возможно только при малых индексах фазовой модуляции.
Более совершенным и наиболее близким по технической сущности к предложенному является «Фазовый модулятор, на который получено положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 98100996 от 16.01.98 г., принятый за прототип.
На фиг.1 приведена блок-схема устройства-прототипа, где обозначено:
1- источник высокочастотного сигнала (ИВС),
2- фазовращатель на л/2 (ФВ 7с/2),
М.Кл.4- Н 03 с 3/38
6- источник модулирующего сигнала (ИМС),
7- первый инвертор (1-й ИНВ),
8- первый преобразователь сигналов (1-й ПС),
9- первый аттенюатор (1-й AT),
10- второй инвертор (2-й ИНВ),
11- второй сумматор (2-й СУМ),
12- второй преобразователь сигналов (2-й ПС),
13- второй аттенюатор (2-й AT),
14- третий инвертор (3-й ИНВ),
15- третий сумматор (3-й СУМ).
В этом фазовом модуляторе для получения неискажённого фазомодулированного сигнала без ПАМ и с максимально возможным индексом модуляции  из модулирующего сигнала те формируются сигналы, близкие в данном случае с больщой степенью точности к функциям cos(me) и sin(me), т.е. используются первые два члена разложения этих функций в ряд Тейлора:
Cos(me)  1 - (me)2/2, sm(me)  me - (me)V3.
После соответствующих преобразований на выходе устройства формируется практически неискажённый фазомодулированный сигнал при индексе модуляции .
Следовательно, известная схема имеет ограничение по максимально возможному индексу модуляции, который не может быть больше .
Целью предлагаемого технического рещения является получение неискажённой фазовой модуляции без ПАМ с любым практически необходимым индексом модуляции.
Поставленная цель достигается тем, что в фазовый модулятор, содержащий последовательно соединённые источник высокочастотного (модулируемого) сигнала и фазовращатель на 7с/2, источник модулирующего сигнала, первый, второй и третий сумматоры, введены последовательно соединённые аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кодов, первый цифро-аналоговый преобразователь и первый фильтр нижних частот, выход которого соединён со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединённые синусный преобразователь кодов, второй цифро-аналоговый преобразователь и второй фильтр нижних частот, выход которого соединён со вторым входом второго сумматора, первый и второй двухтактные усилители на полевых транзисторах с синфазным подключением транзисторов к нагрузке и разделительный конденсатор. При этом первый вход третьего сумматора соединён с выходом источника высокочастотного сигнала, первый вход второго сумматора соединён с выходом фазовращателя на it/2, вход аналого-цифрового преобразователя соединён с выходом источника модулирующего сигнала, вход синусного преобразователя кодов соединён с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход первого двухтактного усилителя соединён с выходом третьего сумматора, а выход - с первым входом первого сумматора.
вход второго двухтактного усилителя соединён с выходом второго сумматора, а выход - со вторым входом первого сумматора, выход которого через разделительный конденсатор соединён с выходом устройства.
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 любым заданным индексом модуляции. Следовательно, в этом устройстве снято ограничение по величине индекса 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 типичная схема двухтактного усилителя на полевых транзисторах с синфазным подключением транзисторов к нагрузке (ДУС).
На фиг. 3 изображена блок-схема предлагаемого фазового модулятора. Фазовый модулятор содержит последовательно соединённые источник высокочастотного (модулируемого) сигнала ИВС1 и фазовращатель на п/2 ФВ2, источник модулир5 ющего сигнала ИМСЗ, первый сумматор СУМ4, второй сумматор СУМ5, третий сумматор СУМ6, последовательно соединённые аналого-цифровой преобразователь АЦП7, косинусный преобразователь кодов КПК8, первый цифро-аналоговый преобразователь преобразователь ЦАП9 и первый фильтр нижних частот ФНЧЮ, выход которого соединён со вторым входом третьего СУМ6, последовательно соединённые синусный преобразователь кодов СПКП, второй цифро-аналоговый преобразователь ЦАП12 и второй фильтр нижних частот ФНЧ13, выход которого соединён со вторым входом второго СУМ5, первый (ДУС 14) и второй (ДУС 15) двухтактные усилители на полевых транзисторах с синфазным подключением транзисторов к нагрузке и разделительный конденсатор 16. При этом первый вход третьего СУМ6 соединён с выходом ИВС1, первый вход второго СУМ5 соединён с выходом фазовращателя на 7i/2 ФВ2, вход АЦП7 соединён с выходом ИМСЗ, вход (ГПК 1 соединён с соединён с выходом АЦП7, вход первого ДУС 14 соединён с выходом третьего СУ Мб, а выход - с первым входом первого СУМ4, вход второго ДУС 15 соединён с выходом ФВ2, а выход - со вторым входом первого СУМ4, выход которого через разделительный конденсатор 16 соединён с выходом устройства.
Фазовый модулятор работает следующим образом.
С выхода источника высокочастотного (модулируемого) сигнала ИВС1 на вход фазовращателя на 71/2 ФВ2 и на первый вход третьего сумматора СУМ6 поступает напряжение несущей частоты со ui  Uicoswt. При этом на выходе фазовращателя ФВ2 формируется сигнал U2  - Uisinot. Модулирующее напряжение из  EcosDt поступает от источника модулирующего сигнала ИМСЗ на вход аналого-цифрового преобразователя
АЦП7, где преобразуется в цифровую форму. С выхода АЦП7 модулирующий сигнал в цифровом виде поступает через косинусный преобразователь кодов КПК8 на вход первого цифро-аналогового преобразователя ЦАП9, а через синусный преобразователь кодов СПК11 на вход второго ЦАП12. Преобразованный в аналоговую форму модулирующий сигнал с выхода первого ЦАП9 через первый ФНЧЮ поступает на второй вход третьего СУМ6 в виде щ  U2(Ecosnt), а с выхода второго ЦАП12 через второй ФНЧ13 - на второй вход второго СУМ5 в виде us - U2sin(EcosQt). В результате линейного суммирования входных сигналов на выходе третьего СУМ6 формируется сигнал U6  Uicosot + U2Cos(Ecosnt), а на выходе второго сумматора СУМ5 формируется сигнал U7 -UisincDt+UisinCEcosQt). Эти сигналы поступают на входы соответственно первого ДУС14 и второго ДУС15, где происходит следующее.
Известно (см. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд.4-е, перераб. и доп., М.: Энергия, 1977. - 672 с. (стр. 305)), что переходная вольамперная характеристика полевого транзистора близка к квадратичной параболе
ic  b(U3 - Uao)  bo + ЬШз + blUa,
где ic - ток стока, А,
Us - напряжение на затворе транзистора, В, bo  Ьизо2, А/В, bi: -2bU30,A/B, b2  b, А/В2,
b - параметр, называемый удельной крутизной, имеющий размерность А/В2,
Узо - параметр, называемый полным пороговым напряжением. В этом случае передаточная характеристика каждого плеча двухтактного усилителя на полевых транзисторах с синфазным подключением транзисторов к нагрузке (ДУС), т.е. зависимость напряжения ивых на нагрузке RH от входного напряжения UBX на затворе имеет вид
Овых  ас + aiUex + aiUex, где ао  ЬоКн, А-Ом или В,
ai  biRn, А-Ом/В - безразмерная величина, а2  Ь2Кн, А-ОМ/В2 или 1/В. Тогда эквивалентная передаточная характеристика ДУС
UBUX  2ао + 2a2UBx2.
С учётом этой эквивалентной передаточной характеристики из U6 на выходе первого ДУС 14 формируется сигнал Ug  2ао + 2a2Ui2cos2o)t + 2a2U22cos2(EcosQt) + 4a2UiU2Cos(olcos(EcosQl).
Соответственно на выходе второго ДУС 15 с учётом и формируется сигнал
с выходов первого ДУС14 и второго ДУС15 сигналы ug и U9 поступают соответственно на первый и второй входы первого сумматора СУМ4. В результате линейного суммирования этих сигналов на выходе первого СУМ4 формируется сигнал
U10  4ао + 2a2(Ui2 + Ua) + 2a2UiU2Cos(eot + kEcosQt), где k - размерный коэффициент рад/В.
Этот сигнал с выхода первого СУМ4 проходит через разделительный конденсатор С16 (чтобы не пропустить постоянную составляющую) и имеет вид
uii  Ucos(o)t + mcosHt), где и  2a2UiU2,
m  ke - заданный индекс модуляции.
Таким образом, на выходе устройства формируется фазомодулированное колебание un с заданным индексом модуляции, величина которого не имеет того ограничения, которое есть в прототипе (где ).
Доказательством возможности осуществления предлагаемого модулятора является то, что основные вводимые блоки построены на серийных микросхемах: аналого-цифровой преобразователь - на микросхеме К572ПВ1, синусный и косинусный преобразователи - на микросхеме К556 с соответствующей записью кодов преобразования, цифро-аналоговые преобразователи - на микросхемах К572ПА1, фильтры нижних частот можно выполнить активными на операционных усилителях (например, 140УД20А), Двухтактный усилитель можно выполнить на полевых транзисторах КП306А или КП307Б. Фазовращатель на 7c/2 представляет собой резонансную цепь (например,ЬС - контур), в которой определённым подбором реактивных элементов (L,C) достигается фазовый сдвиг на 7г/2 несущей частоты.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет полз чить практически неискажённый фазомодулированный сигнал без ПАМ с любым реально необходимым в радиотехнических устройствах значением индекса модуляции.