×
10.06.2015
216.013.50ae

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИИ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и может быть использовано для создания устройств усиления и частотной демодуляции. Достигаемый технический результат - увеличение линейного участка частотной демодуляционной характеристики и увеличение динамического диапазона. Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов основан на использовании устройства, которое выполняют из цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, выполнении условий согласования цепи прямой передачи с цепью внешней обратной связи, условий согласования цепи внешней обратной связи с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, преобразовании частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал на левом склоне амплитудно-частотной характеристики, расщеплении спектра амплитудно-частотно-модулированного сигнала на низкочастотные и высокочастотные составляющие с помощью трехполюсного нелинейного элемента, выделении низкочастотной составляющей с помощью фильтра нижних частот, при этом четырехполюсник выполняют резистивным, а значения его параметров выбирают в соответствии с заданными математическими выражениями. 2 н.п. ф-лы, 3 ил. .
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретения относятся к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и могут быть использованы для создания многофункциональных устройств усиления амплитуды и демодуляции частотно-модулированных сигналов с увеличенным квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики при произвольных заданных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи и нагрузки.

Известен способ усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением [Радиоприемные устройства. Под общей редакцией В. И. Сифорова. М.: «Сов. Радио», 1974, с. 137-150], выполнении условий усиления путем согласования с заданным допуском отрицательного сопротивления с сопротивлением остальной части усилителя. Входную часть выполняют из параллельного колебательного контура. Выходную часть усилителя выполняют из фильтра нижних частот (ФНЧ), разделительной емкости и низкочастотной нагрузки [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Советское радио», 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316]. Если средняя частота входного частотно-модулированного сигнала (ЧМС) совпадает со средней частотой левого склона амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебательного контура, то ЧМС преобразуется в амплитудно-модулированный ЧМС (АЧМС). Нелинейный элемент разрушает (расщепляет) спектр АЧМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие, ФНЧ выделяет низкочастотные составляющие, а остальные подавляет. Разделительная емкость устраняет постоянную составляющую. На низкочастотную нагрузку поступает низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС. В результате одновременно обеспечивается усиление и демодуляция ЧМС.

Известно устройство усиления и частотной модуляции, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольтамперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением [Радиоприемные устройства. Под общей редакцией В.И. Сифорова. М.: «Сов. Радио», 1974, с. 137-150], входной цепи из параллельного колебательного контура и реактивного четырехполюсника, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника выбраны из условия совпадения средней частоты левого склона АЧХ и средней частоты входного ЧМС и одновременного усиления амплитуды ЧМС. [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М: «Советское радио»., 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316]. Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) рабочая точка нелинейного элемента устанавливается на падающем участке его вольт - амперной характеристики. Благодаря наличию внутренней обратной связи в двухполюсном нелинейном элементе на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника компенсирует потери в во всей цепи с заданным допуском. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона колебательного контура, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость устраняет постоянную составляющую. НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку. Происходит демодуляция ЧМС. Недостатком способа и устройства является простое суммирование функций усиления и частотной демодуляции. Если устройство эффективно в режиме усиления, то оно не эффективно в режиме частотной модуляции, и наоборот, если устройство эффективно в режиме частотной модуляции, то оно не эффективно в режиме усиления. Поэтому в общем случае возникают нежелательные частотные или нелинейные искажения в одном из режимов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, организации цепи прямой передачи (ЦПП) и цепи внешней обратной связи (ОС), выполнении условий усиления путем согласования с заданным допуском ОС и ЦПП с остальной части усилителя. Если средняя частота входного ЧМС совпадает со средней частотой левого склона АЧХ, а выходом остальной части усилителя является фильтр нижних частот и низкочастотная нагрузка, то одновременно с усилением произойдет преобразование ЧМС в АЧМС, амплитуда которого будет изменяться по закону изменения частоты входного ЧМС, а также амплитудная демодуляция АЧМС с формированием на низкочастотной нагрузке НЧ сигнала, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС. [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М: «Советское радио»., 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики транзистора, цепи прямой передачи в виде первого четырехполюсника для согласования выходного электрода транзистора и нагрузки, входной цепи в виде параллельного колебательного контура, RC-цепи внешней положительной обратной связи (в общем виде - второго четырехполюсника для согласования управляющего электрода транзистора и нагрузки) между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, выходной цепи в виде ФНЧ, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, при этом параметры контура, цепи прямой передачи, цепи обратной связи и транзистора выбраны из условия совпадения средней частоты левого склона АЧХ всего устройства и средней частоты входного ЧМС и одновременного усиления амплитуды ЧМС [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М: «Советское радио»., 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316].

Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) рабочая точка нелинейного элемента устанавливается на середине квазилинейного участка его проходной вольтамперной характеристики. Благодаря наличию внешней обратной связи, согласования с помощью реактивных четырехполюсников выходного электрода с нагрузкой и нагрузки с управляющим электродом, потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для устранения возможности возбуждения устройства. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона колебательного контура, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка вольтамперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость устраняет постоянную составляющую, НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку. Происходит демодуляция ЧМС. Недостатком способа и устройства является простое совмещение функций усиления и частотной демодуляции. Общим недостатком всех известных способов и устройств является то, что отсутствуют технические решения, способствующие обеспечению режима усиления и режима частотной демодуляции с помощью одного радиотехнического устройства. Если в режиме частотной демодуляции достигнут минимум нелинейных и частотных искажений, то в режиме усиления эти искажения будут максимальными, и наоборот, если в режиме усиления достигнут минимум нелинейных и частотных искажений, то в режиме частотной демодуляции эти искажения будут максимальными. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств усиления и частотной демодуляции в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых, кроме того, обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. Кроме того, частотную демодуляцию и усиление можно обеспечить при наличии резистивных четырехполюсников, параметры которых не зависят от частоты в достаточно большом диапазоне частот, что при определенных условиях способствует увеличению квазилинейного участка частотной демодуляционной характеристики, обеспечению заданного коэффициента усиления и динамического диапазона. Это обеспечивает минимум нелинейных и частотных искажений. Основой для данного изобретения является определение указанных условий.

Техническим результатом изобретения является усиление и частотная демодуляция высокочастотного сигнала с помощью устройства с увеличенным динамическим диапазоном и квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики благодаря согласованию с помощью резистивного четырехполюсника по критерию формирования квазилинейного участка левого склона АЧХ, совпадающего с диапазоном изменения частоты входного ЧМС. Возможность использования различных вариантов включения трехполюсного нелинейного элемента относительно резистивного четырехполюсника и различных видов обратной связи расширяет возможности физической реализуемости этого результата.

1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, основанном на использовании энергии источника постоянного напряжения, взаимодействии частотно-модулированного сигнала с устройством, которое выполняют из цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, выполнении условий согласования цепи прямой передачи с цепью внешней обратной связи, условий согласования цепи внешней обратной связи с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, условий согласования цепи прямой передачи и цепи внешней обратной связи с остальной частью устройства с заданным допуском, преобразовании частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал на левом склоне амплитудно-частотной характеристики, расщеплении спектра амплитудно-частотно-модулированного сигнала на низкочастотные и высокочастотные составляющие с помощью трехполюсного нелинейного элемента, выделении низкочастотной составляющей с помощью фильтра нижних частот, устранении постоянной составляющей с помощью разделительной емкости и получении на низкочастотной нагрузке низкочастотного сигнала, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты частотно-модулированного сигнала, дополнительно четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по параллельно-последовательной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, значение модуля mp передаточной функции и резонансную частоту устройства выбирают из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты частотно-модулированного сигнала, условия согласования по критерию одновременного обеспечения усиления и частотной демодуляции выполняют путем реализации заданного значения mp на резонансной частоте за счет выбора значений параметров резистивного четырехполюсника в соответствии со следующими математическими выражениями:

,

где ;

; A1=r110x21-x110r21; B1=r110r21+x110x21; A2=r220r21+x220x21; B2=r21x220-r220x21; r220=r0A3-x0B3+r22; r110=1+r0r11-x0x11;

x220=r0B3+x0A3+x22; x110=r0x11+x0r11; A3=r11r22-r12r21-x11x22+x12x21;

- отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи резистивного четырехполюсника a, b, c, d; r0, rн, x0, хн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; r11, x11, r12, х12, r21, х21, r22, х22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы F цепи внешней обратной связи на резонансной частоте.

2. Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, выполненном из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, дополнительно четырехполюсник выполнен резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по параллельно-последовательной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включена высокочастотная нагрузка в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, резистивный четырехполюсник выполнен в виде П-образного соединения трех резистивных двухполюсников с сопротивлениями r1, r2, r3, значения сопротивлений r1, r3 выбраны из условия согласования по критерию одновременного обеспечения усиления и частотной демодуляции в соответствии со следующими математическими выражениями:

,

где ;

;

; A1=r110x21-x110r21; B1=r110r21+x110x21; A2=r220r21+x220x21; B2=r21x220-r220x21;

r220=r0A3-x0B3+r22; r110=1+r0r11-x0x11; x220=r0B3+x0A3+x22; x110=r0x11+x0r11;

A3=r11r22-r12r21-x11x22+x12x21; B3=r11x22-r12x21-r21x12+r22x11; r0, rн, x0, xн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; r11, x11, r12, x12, r21, x21, r22, x22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы Н трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы Н цепи внешней обратной связи на резонансной частоте; значение резонансной частоты и величина заданного и реализуемого модуля mp передаточной функции на резонансной частоте выбраны из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты входного частотно-модулированного сигнала; r2 - заданное значение сопротивления второго двухполюсника резистивного четырехполюсника.

На фиг. 1 показана схема устройства усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.

На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п. 2., реализующая предлагаемый способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов по п. 1.

На фиг. 3. приведена схема согласующего резистивного четырехполюсника, входящего в состав предлагаемого устройства (фиг. 2).

Устройство-прототип (Фиг. 1), реализующее способ-прототип, содержит цепь прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента VT-1, подключенного к источнику постоянного напряжения-2, согласующего устройства СУ-3 в виде реактивного четырехполюсника. К цепи прямой передачи (ЦПП) подключена цепь обратной связи ОС-4. К выходу узла из ЦПП и ОС как единого целого подключены ФНЧ-5, разделительная емкость СР-6 и низкочастотная нагрузка Rn - 7. Между источником ЧМС с сопротивлением z0 - 8 и входом ЦПП и ОС параллельно включен параллельный колебательный контур КК-9 на элементах L, R, C.

Принцип действия устройства усиления и демодуляции ЧМС (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.

При включении источника постоянного напряжения (тока) - 2 рабочая точка нелинейного элемента - 1 устанавливается на середине квазилинейного участка его проходной вольтамперной характеристики. Благодаря согласованию с помощью СУ-3 выходного электрода с ОС-4 и ОС-4 с управляющим электродом, в цепи возникает отрицательное сопротивление и потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для устранения возможности возбуждения устройства. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона КК-9, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка вольтамперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент - 1 расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ-5 выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость CP-6 устраняет постоянную составляющую, НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку - 7. Происходит демодуляция ЧМС.

Недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше.

Предлагаемое устройство по п. 2 (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ по п. 1, содержит трехполюсный нелинейный элемент - 1 с известными элементами смешанной матрицы F , , , на заданных частотах, подключенный к источнику постоянного напряжения - 2 и соединенный по высокой частоте с цепью внешней ОС по параллельно-последовательной схеме (входы соединены параллельно, а выходы - последовательно), выполненной в виде произвольного четырехполюсника - 10, сформированного в общем случае на двухполюсниках с комплексными сопротивлениями. Источник входного ЧМС с сопротивлением z0i=r0i+jx0i-8 на заданных частотах подключен к входу узла из нелинейного элемента - 1 и четырехполюсника - 10. К выходу этого узла подключен согласующий резистивный четырехполюсник СРЧ-11, между выходом СРЧ-11 и ФНЧ-5 параллельно включена высокочастотная нагрузка - 12 с заданными сопротивлениями zнi=rнi+ixнi, на заданных частотах. Произвольный четырехполюсник - 10 тоже характеризуется известными значениями элементов смешанной матрицы F , , , на заданных частотах (i=1, 2 … - номер частоты). Четырехполюсник - 11 может быть выполнен в виде произвольного соединения произвольного количества резистивных двухполюсников. В данном изобретении этот четырехполюсник выполнен в виде П-образного соединения трех двухполюсников с сопротивлениями r1 - 13, r2 - 14, r3 - 15 (фиг. 3). Синтез усилителя и частотного демодулятора (выбор оптимальных значений сопротивлений первого r1 - 13 и третьего r3 - 15 двухполюсников СРЧ-12) осуществлен по критерию обеспечения заданной крутизны квазилинейного участка левого склона АЧХ в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты входного ЧМС, за счет реализации заданного модуля передаточной функции (коэффициента усиления) на резонансной частоте. В результате реализуется увеличенный квазилинейный участок частотной демодуляционной характеристики и динамический диапазон.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

При включении источника постоянного напряжения (тока) - 2 рабочая точка нелинейного элемента - 1 устанавливается на начальном участке его проходной вольт-амперной характеристики (режим работы с отсечкой, позволяющий разрушать спектр сигнала). Благодаря согласованию ЦПП и ОС как единого целого с помощью СРЧ-11 с остальной частью устройства в цепи возникает отрицательное сопротивление и потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для усиления амплитуды и устранения возможности возбуждения устройства, а также формируется левый склон АЧХ с заданной крутизной в заданной полосе частот. Происходит увеличение квазилинейного участка левого склона АЧХ. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона АЧХ, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка левого склона АЧХ, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Происходит увеличение амплитуды АЧМС на квазилинейном участке левого склона АЧХ, что равносильно увеличению динамического диапазона. Нелинейный элемент - 1 расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ-5 выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость СР-6 устраняет постоянную составляющую, НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку - 7. Происходит демодуляция ЧМС, частотные и нелинейные искажения уменьшаются. Коэффициент детектирования увеличивается в число раз, равное коэффициенту усиления - модулю передаточной функции высокочастотной части (до фильтра нижних частот) предлагаемого устройства.

Докажем возможность реализации указанных свойств.

Введем обозначения зависимостей сопротивления источника сигнала z01=r0+jx0, нагрузки zн2=rн+ixн и зависимостей элементов смешанной матрицы F нелинейного элемента (VT) , , , и элементов смешанной матрицы F цепи внешней обратной связи (ОС) , , , от частоты. При параллельно-последовательном соединении четырехполюсников элементы их матриц F складываются. Суммарные зависимости элементов смешанной матрицы F от частоты: f11=r11+jx11, f12=r12+jx12, f21=r21+jx21, f22=r22+jx22. Размерности элементов матрицы F: f11 (проводимость), f12 (безразмерный), f21 (безразмерный), f22 (сопротивление). Параметры нелинейного элемента зависят, кроме того, от амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. Для простоты аргументы (амплитуда и частота) опущены. Требуется определить значения сопротивлений r1, r3 (аппроксимирующие функции), первого и третьего резистивных согласующих двухполюсников СРЧ-11, оптимальные по критерию обеспечения условий формирования левого склона АЧХ и усиления амплитуды ЧМС в режиме частотной демодуляции и усиления.

Общая смешанная матрица F нелинейного элемента (VT) и четырехполюсника цепи обратной связи (ОС) и соответствующая ей классическая матрица передачи:

где |f|=f11f22-f12f21 - Резистивный четырехполюсник (РЧ) характеризуется матрицей передачи:

где ; ; ; a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи.

Общая нормированная классическая матрица передачи высокочастотной части усилителя и частотного демодулятора получается перемножением матрицы передачи (1) и матрицы (2) и учетом условий нормировки:

Используя известную связь элементов матрицы рассеяния с элементами классической матрицы передачи (Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. с. 34-36) и матрицу передачи (3), получим выражение для коэффициента передачи высокочастотной части усилителя и частотного демодулятора:

Можно показать, что коэффициент передачи (4) связан с физически реализуемой передаточной функцией простым соотношением . Поэтому

Пусть требуется обеспечить требуемые зависимости модуля m (АЧХ) и фазы φ (ФЧХ) передаточной функции усилителя и частотного модулятора от частоты:

Передаточная функция (5) приводится к известному виду для коэффициента усиления усилителя с обратной связью:

где ; - коэффициенты усиления цепи прямой передачи и цепи обратной связи.

Пусть требуется обеспечить требуемые зависимости модуля m (АЧХ) и фазы φ (ФЧХ) передаточной функции усилителя и частотного модулятора от частоты:

Подставим (5) или (6) в (7). После разделения между собой мнимых и действительных частей получим систему двух уравнений, эквивалентных (7):

где Cs=(α+γrн)r220-(β+rн)r110+xн110-γх220);

Sc=(α+γrн)r220-(β+rн)x110-xн(r110-γr220);

r220=r0A3-x0B3+r22; r110=1+r0r11-x0x11; x220=r0B3+x0A3+x22; x110=r0x11+x0r11;

A3=r11r22-r12r21-x11x22+x12x21; B3=r11x22-r12x21-r21x12+r22x11.

Решение (8) имеет вид оптимальных по критерию (7) взаимосвязей между элементами классической матрицы передачи СРЧ:

где ;

;

A1=r110x21-x110r21; B1=r110r21+x110x21; A2=r220r21+x220x21; B2=r21x220-r220x21.

Оптимальные характеристики (9), обеспечивающие заданную крутизну и линейность левого склона АЧХ во всем диапазоне частот, реализовать невозможно. Здесь предлагается реализация квазиоптимальных характеристик, приблизительно совпадающих с оптимальными характеристиками в определенной полосе частот.

Известно, что максимум АЧХ наблюдается на частоте, на которой фаза передаточной функции равна нулю. Это частота называется резонансной. Частота входного ЧМС изменяется относительно средней частоты в сторону уменьшения и в сторону увеличения на величину, равную девиации частоты. Назовем максимальную величину частоты ЧМС верхней частотой. Таким образом, если резонансная частота устройства расположена выше верхней частоты ЧМС, то изменение частоты ЧМС будет происходить на левом склоне АЧХ предлагаемого устройства, в результате чего произойдет преобразование входного ЧМС в АЧМС. Усиление амплитуды входного ЧМС в предлагаемом устройстве носит регенеративный характер - чем больше коэффициент усиления на резонансной частоте, тем уже рабочая полоса частот, и наоборот. Поэтому изменяя задаваемую и реализуемую в силу (9) величину модуля передаточной функции mp, равную значению m на резонансной частоте, мы можем регулировать величину квазилинейного участка левого склона АЧХ для обеспечения его совпадения с диапазоном изменения частоты входного ЧМС. Положим в (9) φ=0. Получим

где ; . Остальные коэффициенты имеют тот же вид, что и в (9).

Реализация квазиоптимальных характеристик (10) осуществляется следующим образом. Выбираем типовую схему резистивного четырехполюсника с известной классической матрицей передачи. Находим отношения элементов классической матрицы передачи. Определенные таким образом коэффициенты ; ; ; а подставляем в (10) и решаем полученную систему уравнений относительно двух выбранных параметров выбранной схемы СРЧ. Если в СРЧ-11 количество двухполюсников больше двух, то сопротивления остальных двухполюсников могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. В соответствии с этим алгоритмом получены выражения для определения оптимальных по критерию (10) сопротивлений первого и третьего двухполюсников СРЧ в виде П-образного звена (фиг. 3):

где .

Значение сопротивления r2 может быть выбрано произвольно (но не равное нулю или бесконечности) или исходя из условия физической реализуемости, например, для обеспечения положительности подкоренного выражения в (11).

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (использование в качестве цепи внешней обратной связи произвольного четырехполюсника, подключенного к трехполюсному нелинейному элементу по параллельно-последовательной схеме, включение трехполюсного нелинейного элемента и цепи обратной связи как единого узла между источником сигнала и входом резистивного четырехполюсника, включение высокочастотной нагрузки между выходом резистивного четырехполюсника и низкочастотной частью, выполненной из ФНЧ, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки (фиг. 2), выполнение согласующего резистивного четырехполюсника в виде П-образного соединения трех двухполюсников, выбор значений сопротивлений первого и третьего резистивных двухполюсников r1 и r3 (фиг. 3)) обеспечивает одновременно усиление, преобразование ЧМС в АЧМС на левом склоне АЧХ, демодуляцию АЧМС, что эквивалентно частотной демодуляции.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью трехполюсные нелинейные элементы (транзисторы или лампы), резистивные элементы, сформированные в П-образную схему резистивного четырехполюсника (фиг. 3). Значения сопротивлений резистивных элементов могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.

Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в обеспечении усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала за счет выбора схемы и значений сопротивлений резистивных элементов согласующего резистивного четырехполюсника по критерию формирования левого склона АЧХ с заданными крутизной и коэффициентом усиления, что унифицирует устройство, увеличивает квазилинейный участок частотной демодуляционной характеристики и динамический диапазон в режиме усиления и частотной демодуляции.


СПОСОБ УСИЛЕНИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИИ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИИ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИИ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 91-100 of 253 items.
20.10.2015
№216.013.85cb

Устройство для выравнивания платформ аэродромных грузоподъемных механизмов

Изобретение относится к области применения средств механизации, применяемых на аэродроме, и может быть использовано при конструировании специализированных тележек, самоходных площадок обслуживания, аэродромных самоходных подъемников, подъемных кранов. Устройство для выравнивания платформ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565854
Дата охранного документа: 20.10.2015
27.10.2015
№216.013.87d7

Способ оценки высот изотерм в конвективной облачности

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высот изотерм в мощных конвективных облаках. Сущность: измеряют наименьшую радиационную температуру теплового излучения, уходящего от верхних участков облачного покрова, температуру воздуха у поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566378
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.10.2015
№216.013.8aac

Система энергетического обеспечения воздушного судна

Изобретение относится к области авиации, в частности к энергосистемам летательных аппаратов. Система энергетического обеспечения воздушного судна содержит консоль несущей поверхности воздушного судна с устройством локализации перетекания воздушного потока в виде проточной гондолы. На нижней и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567103
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.10.2015
№216.013.8aae

Способ поражения объектов, прикрываемых аэрозольным образованием

Изобретение относится к вооружению, а именно к системам комплексного огневого поражения. Способ поражения объектов, прикрываемых аэрозольным образованием, заключается в доставке средств генерации ультразвуковых колебаний в район местонахождения аэрозольного образования (АО), прикрывающего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567105
Дата охранного документа: 27.10.2015
10.11.2015
№216.013.8ab2

Способ тягового заземления передвижных радиоэлектронных средств

Изобретение касается способа тягового заземления передвижных радиоэлектронных средств, основанного на выдвижении радиоэлектронного средства к месту развертывания, в соответствии с которым заземлитель, выполненный в форме ножа, шарнирно закрепленный через тягу к штоку гидроцилиндра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567113
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8b17

Многочастотная антенная решетка с цифровой обработкой сигналов для определения координат радиолокационной цели

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях, предназначенных для обнаружения целей, определения дальности до цели и определения координат цели. Технический результат заключается в повышении точности определения координат цели за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567214
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8b34

Способ идентификации воздушных целей

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании средств идентификации воздушных целей. Достигаемый технический результат изобретения - повышение вероятности правильной идентификации воздушных целей, обнаруженных бортовой радиолокационной станцией (РЛС) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567243
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8d93

Способ пеленгования воздушного объекта

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения воздушных судов (объектов) по их радиоизлучениям. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения угла места примерно на порядок с расширением области надежного определения дальности с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567850
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8d9b

Способ защиты средства спутниковой радиосвязи от самонаводящегося на радиоизлучение элемента поражения

Изобретение относится к области защиты средств радиосвязи от управляемого оружия на основе самонаведения на источник радиоизлучения. Достигаемый технический результат - повышение эффективности защиты средства спутниковой радиосвязи от самонаводящегося на радиоизлучение элемента поражения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567858
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8e58

Способ поражения объектов, прикрываемых аэрозольной завесой

Изобретение относится к системам комплексного огневого поражения. Способ поражения объектов, прикрываемых аэрозольной завесой, заключается в доставке средств генерации электроаэрозоля в район местонахождения аэрозольного образования (АО), прикрывающего объекты от поражения огневыми комплексами....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568049
Дата охранного документа: 10.11.2015
Showing 91-100 of 224 items.
10.02.2016
№216.014.c25c

Способ моделирования процессов двухуровневого управления и система моделирования для его осуществления (варианты)

Изобретение относится к области моделирования процессов управления. Технический результат - моделирование выполнения на пункте управления (ПУ) второго уровня функций сбора, обработки, анализа и доопределения данных об объектах воздействия, оценки возможностей своей группы технических средств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574282
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.02.2016
№216.014.c564

Устройство форсирования возбуждения автономного синхронного генератора

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения синхронных машин, чувствительных к напряжению потребителей. Технический результат - повышение надежности работы потребителей, чувствительных к качеству выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574166
Дата охранного документа: 10.02.2016
20.03.2016
№216.014.c6e4

Способ формирования радиолокационных изображений

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в радиотехнических системах, установленных на подвижных объектах, для получения радиолокационного изображения (РЛИ) в процессе дистанционного зондирования земной поверхности. Достигаемый технический результат - повышение вероятности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578126
Дата охранного документа: 20.03.2016
27.03.2016
№216.014.c74a

Генератор тока

Изобретение относится к электронике и может быть использовано при создании источников возобновляемой энергии с лазерным запуском, жизненный цикл которых составляет от нескольких лет до нескольких десятков лет. Технический результат состоит в расширении эксплуатационных возможностей путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578201
Дата охранного документа: 27.03.2016
27.03.2016
№216.014.c8a9

Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей

Изобретение относится к системам обнаружения объектов и определения их местоположения. Технический результат состоит в уменьшении или компенсации ошибок определения направления (пеленга) и местоположения объекта, с которого излучаются оптические сигналы, для этого при определении направления на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578203
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.03.2016
№216.014.c959

Способ определения параметров лчм сигналов

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам и технике радиотехнического мониторинга источников радиоизлучений (ИРИ) с линейно-частотно-модулированными (ЛЧМ) сигналами. Достигаемый технический результат - повышение точности определения ширины спектра ЛЧМ сигнала путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578041
Дата охранного документа: 20.03.2016
20.03.2016
№216.014.c997

Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов и устройство его реализации

Изобретения относятся к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и могут быть использованы для создания устройств усиления и частотной демодуляции. Техническим результатом изобретения является увеличение динамического диапазона и квазилинейного участка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577913
Дата охранного документа: 20.03.2016
20.02.2016
№216.014.cde8

Устройство для удаления воздуха из рабочей жидкости закрытых гидравлических систем воздушных судов

Изобретение относится к области авиации, в частности к гидравлическим системам летательных аппаратов. Устройство для удаления растворенного в рабочей жидкости воздуха содержит гидронасос с автономным приводом и гидравлический бак с перекрывным устройством. Перекрывное устройство выполнено в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575733
Дата охранного документа: 20.02.2016
27.02.2016
№216.014.ce03

Способ измерения коэффициента усиления антенн и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для проведения экспериментальной оценки коэффициента усиления антенн, различных радиоэлектронных систем в диапазоне частот. Способ основан на генерировании высокочастотного сигнала на заданной частоте f, измерении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575937
Дата охранного документа: 27.02.2016
20.02.2016
№216.014.ce0c

Способ транспортировки авиационных грузов

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам транспортировки авиационных грузов. При транспортировке грузов в контейнере обтекаемой формы, подвешенном на пилоне, измеряют нормальную силу, действующую на контейнер, и изменяют величину и направление аэродинамической силы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575732
Дата охранного документа: 20.02.2016
+ добавить свой РИД