ФАЗОВЫЙ МОДУЛЯТОР

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.
Г
Г
МОД
Г
Г
ФМ
Схема работает следующим образом. Задающий генератор (1) формирует высокочастотное колебание U, 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 Δφ относительного U, определяемый частотными свойствами контура. Под воздействием модулирующего сигнала U поступающего от источника модулирующего сигнала (6) конденсатор переменной емкости (5) изменяет свою емкость, вследствие чего изменяются частотные свойства контура, что влечет изменение разности фаз Δφ напряжения на колебательном контуре и задающего генератора U, при неизменной частоте входного U. 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.
1
1
2
Доказательство исключения паразитной амплитудной модуляции и увеличения индекса модуляции заключается в анализе передаточной функции предлагаемой полезной модели. Элементы контура R, L, С и C образуют цепь с передаточной функцией
где  - круговая резонансная частота контура,  - добротность контура, р=jω - комплексный оператор, ω - круговая частота.
2
3
При выборе R=R 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:
2
2
МОД
Таким образом, фазочастотная характеристика предлагаемой полезной модели изменяется вдвое больших пределах. Поскольку резонансная частота  зависит от С, являющейся функцией модулирующего напряжения С=f(U), то фазочастотная характеристика преобразуется в функцию двух аргументов
МОД
МОД
Если в выражении (6) зафиксировать частоту ω=const (частоту сигнала задающего генератора), то разность фаз входного и выходного напряжения становится функцией модулирующего напряжения Θ=f(U), в результате чего под воздействием U происходит модуляция фазы высокочастотного сигнала задающего генератора, а индекс модуляции может изменяться в пределах 0…2π, линейность модуляционной характеристики может сохраняться в пределах 0…1.57.
1
2
3
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 С+С в пределах 105-109 пкф. На фиг.3 представлена статическая модуляционная характеристика для случая R=100 Ом, 0.91 мГн при частоте задающего генератора равной 510 кГц.
пер
Как следует из фиг.3 модуляционная характеристика достаточно линейна в пределах изменения разности фаз от 60° до 270° при изменении емкости С 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.