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 соединенные источник высокочастотного (модулируемого) сигнала, фазовращатель на 7i/2, первый амплитудный модулятор и сумматор, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала и инвертор, выход которого подключен ко второму входу первого амплитудного модулятора, а также второй амплитудный модулятор, один вход которого соединен 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. 125).
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 неискаженного фазомодулированного сигнала с незначительной ПАМ возможно только при малых индексах модуляции.
Более совершенным и наиболее близким по технической сущности к предложенному является Фазовый модулятор, на который получено положительное решение ВНИИГПЭ по заявке JNfe 98100996 от 16.01.98г и который принят за прототип.
На фиг. 1 приведена блок - схема устройства - прототипа, где обозначено:
1- источник высокочастотного сигнала (ИВС),
2- фазовращатель на 7с/2 (ФВ 7i/2),
3- первый амплитудный модулятор (1-й AM),
М. КЛ.4-НОЗСЗ/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 неискаженного фазомодулированного сигнала без ПАМ и с максимально возможным индексом модуляции  из модулирующего сигнала те, где е - мгновенное значение модулирующего сигнала, формируются сигналы, близкие в данном случае с большой степенью точности к функциям Cos(me) и Sin(me), вернее используются первые два члена разложения этих функций в ряд Тейлора:
Cos(me)  1 - (me)2/2, Sin(me)  me - (me)V3.
После соответствующих преобразований на выходе устройства формируется практически неискаженный фазомодулированный сигнал при индексе модуляции m  7t/4.
Таким образом, известная схема имеет ограничение по максимально возможному индексу модуляции, который не может быть больше .
Целью предлагаемого технического решения является получение практически неискаженной фазовой модуляции без паразитной амплитудной модуляции и без ограничения величины индекса модуляции.
Поставленная цель достигается тем, что в фазовый модулятор, содержащий, последовательно соединенные источник высокочастотного (модулируемого) сигнала и фазовращатель на 7t/2, источник модулирующего сигнала, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй инверторы, введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кодов, первый цифро-аналоговый преобразователь и первый фильтр нижних частот, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные синусный преобразователь кодов, второй цифро-аналоговый преобразователь и второй фильтр нижних частот, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, первый, второй, третий и четвертый пассивные нелинейные четырехполюсники, выходы которых соединены с соответствуюцщми входами первого сумматора, а также разделительный конденсатор на выходе первого сумматора, который является выходом устройства. При этом вход первого пассивного нелинейного четырехполюсника соединен с выходом третьего сумматора и со входом первого инвертора, выходкоторого соединен со входом второго пассивного нелинейного четырехполюсника, вход третьего пассивного нелинейного четырехполюсника соединен с выходом второго сумматора и со входом второго инвертора, выход которого соединен со входом четвертого пассивного нелинейного четырехполюсника, первый вход третьего сумматора соединен с выходом источника высокочастотного сигнала, первый вход второго сумматора соединен с выходом фазовращателя на JC/2, а выход источника модулирующего сигнала соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом синусного преобразователя кодов. Причем пассивный нелинейный четырехполюсник выполнен в виде последовательно соединенных полупроводникового диода и активного сопротивления, один вывод которого соединен с общим проводом, а второй - с катодом полупроводникового диода и выходным зажимом четырехполюсника, при этом входные зажимы четырёхполюсника соединены соответственно с анодом полупроводникового диода и общим проводом.
Предложенный фазовый модулятор с применением новых элементов, объединенных соответствующими связями с остальными узлами схемы, позволяет получить практически неискаженный фазомодулированный сигнал без ограничения величины необходимого индекса модуляции.
Предлагаемое техническое рещение, по мнению заявителя, обладает существенными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержащие признаки, сходные с отличительными.
На фиг. 2 приведена блок - схема фазового модулятора, а на фиг. 3 принципиальная электрическая схема пассивного нелинейного четырехполюсника (ПНЧ), используемого в фазовом модуляторе.
Фазовый модулятор содержит последовательно соединенные источник высокочастотного (модулируемого) сигнала ИВС1 и фазовращатель на 7U/2 ФВ2, источник модулирующего сигнала ИМСЗ, первый сумматор СУМ4, второй сумматор СУМ5, третий сумматор СУ Мб, первый инвертор ИНВ7, второй инвертор ИНВ8, последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь АЦП9, косинусный преобразователь кодов КПК10, первый цифро-аналоговый преобразователь ЦАП11 и первый фильтр нижних частот ФНЧ12, выход которого соединен со вторым входом третьего СУМ6, последовательно соединенные синусный преобразователь кодов СПК13, второй цифро - аналоговый преобразователь ЦАП14 и второй фильтр нижних частот ФНЧ15, выход которого соединен со вторым входом второго СУМ5, первый (ПНЧ16), второй (ПНЧ17), третий (ПНЧ18) и четвертый (ПНЧ19) пассивные нелинейные четырехполюсники, выходы которых соединены с соответствующими входами первого сумматора СУМ4, а также разделительный конденсатор С20 на выходе первого СУМ4, который является выходом устройства. При этом вход первого пассивного нелинейного четырехполюсника ПНЧ 16 соединен с выходом третьего сумматора СУМ6 и со входом первого инвертора ИНВ21, выход которого соединен со входом второго ПНЧ 17, вход третьего ПНЧ 18 соединен с выходом второго сумматора СУМ5 и со входом второго инвертора ИНВ22, выход которого соединен со входом четвертого ПНЧ 19, первый вход третьего СУМ6 соединен с выходом ИВС1, первый вход второго
СУМ5 соединен с выходом ФВ2, а выход ИМСЗ соединен со входом АЦП9, выход которого соединен со входом синусного нреобразователя кодов СПК13.
Фазовый модулятор работает следующим образом.
С выхода источника высокочастотного (модулируемого) сигнала ИВС1 на вход фазовращателя на 7i/2 ФВ2 и на первый вход третьего сумматора СУМ6 поступает напряжение несущей частоты о
ui  Ui Cosrot
При этом на выходе фазовращателя ФВ2 формируется сигнал
U2 -UiSincc)t
Модулирующее напряжение из  Е CosQt поступает от источника модулирующего сигнала ИМСЗ на вход АЦП9, где преобразуется в цифровую форму. С выхода АЦП9 модулирующий сигнал в цифровом виде поступает через косинусный преобразователь кодов КПК 10 на вход первого цифро-аналогового преобразователя ЦАП11, а через синусный преобразователь кодов СПК13 - на вход второго ЦАП14. Преобразованный в аналоговую форму модулирующий сигнал с выхода первого Ц АПН через первый ФНЧ12 поступает на второй вход третьего СУ Мб в виде 114 - U2 Cos(E CosQt), а с выхода второго ЦАП14 через второй ФНЧ15 поступает на второй вход второго СУМ5 в виде из  Ui Sin(E CosQt).
В результате линейного суммирования входных сигналов на выходе третьего СУМ6 формируется сигнал
U6  ui + U4  Ui Cosot + U2 Cos(E CosQt), a на выходе второго СУМ5 формируется сигнал uv  U2 + us  - Ui Sincot + Uz Sin(E CosQt).
С выхода третьего СУМ6 сигнал U6 поступает на вход первого пассивного нелинейного четырехполюсника ПНЧ16 непосредственно, а на вход второго ПНЧ17 через первый инвертор ИНВ21 и имеет вид
U8  - (ui + U4)  - Ui Cosot - U2 Cos(E CosQt).
С выхода -второго СУМ5 сигнал u поступает на вход третьего ПНЧ18 непосредственно, а на вход четвертого ППЧ19 через второй инвертор ИНВ22 и имеет вид
U9  - (U2 + из)  Ui Sincot - U2 Sin (Е CosQt).
С поступивщими на входы пассивных нелинейных четырехполюсников (ПНЧ) сигналами происходят следующие преобразования.
Известно (см. Справочник по радиоэлектронике. Под общей ред. А.А.КУЛИКОВСКОГО. Том 1, Энергия, 1967, стр. 393), что вольтамперная характеристика полупроводникового диода определяется выражением
iд  Io(),(1)
где 1о - обратный ток насыщения,
а  q/kT « 20 1/В,
q - заряд электрона,
Разложим экспоненту (1) в ряд
1д  1о (1 + аид + 1/2 а2ид2 + 1/6  + ... - 1)  Ьаид + 1/21оа2и2д + + 1/6 ЬаЗцЗд + ...(2)
При ид  10 мВ в (2) можно не учитывать кубичный член разложения в силу его малости.
Тогда можно записать
1д  Ьтд + Ь2ид2,(3)
где bi  loot,  А/В ,
b2  1/21оа2,  А/В2 .
В этом случае при сопротивлении нагрузки RH передаточная характеристика ПНЧ имеет вид
ивых  ашвх + a2UBx2,(4)
где ai  biRn, А-Ом/В  - безразмерный коэффициент
ai  ЬзКн, А-Ом/В  -  1/В  Подставив (U6 - UP) в (4), получим на выходах ПНЧ U10  aiUiCosot + aiUiCosCE CosQt) + aiUi Cosot +
+ 2a2UiU2CostCos(E Cosfit) + a2U22Cos2(E CosQt), uii  - aiUiCosot - aiU2 Cos(E CosQt) + a2Ui2Cos2eot +
+ 2a2UiU2Cos(atCos(E CosOt) + a2U22Cos2(E CosQt) ui2  - aiUiSincot + aiU2Sm(E CosfJt) +  -2a2UiU2Smci)tSin(E CosQt) + a2U22Sin2(E CosQt) ui3  aiUiSincot - aiU2Sin(E CosQt) + a2Ui2Sin2cot -2a2UiU2Sma)tSm(E CosQt) + a2U22Sin2(E CosQt).
В этом случае в результате линейного суммирования сигналов с выходов первого ПНЧ 16, второго ПНЧ 17, третьего ПНЧ 18 и четвертого ПНЧ 19, поступивших на соответствующие входы первого сумматора СУМ4, на его выходе формируется сигнал
U14  uio + uii + ui2 + Ui3  2a2(Ui2 + U22) -t+ 2a2UiU2Cos(cDt+kE CosQt),(5)
где k - размерный коэффициент  рад/В .
Очевидно в (5) 2a2(Ui2 + U2)  Uo - постоянная составляющая, которая через разделительный конденсатор С20 не пройдет на выход устройства. Выражение 2a2UiU2  U - амплитуда фазомодулированного сигнала.
Следовательно на выходе устройства (после разделительного конденсатора С20) формируется фазомодулированный сигнал
U15  и Cos(o)t + mCosQt),
где m  kE - заданный индекс модуляции.
Доказательством возможности осуществления предлагаемого фазового модулятора является то, что основные вводимые блоки построены на серийных микросхемах : аналого-цифровой преобразователь - на микросхеме К 572 ПВ1, синусный и косинусный преобразователи - на микросхеме К 556 с соответствующей записью кодов преобразования, цифроаналоговые преобразователи на микросхемах К 572 ПА1. В качестве диода в пассивном нелинейном четырехполюснике можно использовать универсальный (высокочастотный) кремниевый диод типа КД 522 Б. Фазовращатель на 7С/2 представляет собой резонансную цепь (например, LC - контур), в котором определенным подбором реактивных элементов (L, С) достигается фазовый сдвиг на п12 несущей частоты.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет получить практически неискаженный фазомодулированный сигнал без паразитной амплитудной модуляции и без ограничения величины индекса фазовой модуляции.