RU2305876C2 - Miltifrequency signal amplitude-and-phase modulating device - Google Patents
Miltifrequency signal amplitude-and-phase modulating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2305876C2 RU2305876C2 RU2005131648/09A RU2005131648A RU2305876C2 RU 2305876 C2 RU2305876 C2 RU 2305876C2 RU 2005131648/09 A RU2005131648/09 A RU 2005131648/09A RU 2005131648 A RU2005131648 A RU 2005131648A RU 2305876 C2 RU2305876 C2 RU 2305876C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- frequency
- amplitude
- terminal
- frequencies
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для формирования фазоманипулированных, амплитудно-манипулированных, а также амплитудно-фазоманипулированных сигналов.The invention relates to radio communications and can be used to form phase-shifted, amplitude-manipulated, as well as amplitude-phase-shifted signals.
Известно устройство модуляции амплитуды и фазы, состоящее из циркулятора, первый вход которого подключен к источнику сигнала, третий вход подключен к нагрузке, а второй подключен к отрезку разомкнутой линии передачи длиной λ/4, в начале которой включен p-i-n диод [Радиопередающие устройства. / Под редакцией О.А.Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982, стр.152-156]. Если диод закрыт, то от сечения, в котором он включен, происходит отражение, отраженная волна попадает в нагрузку с сопротивлением 50 Ом. Если диод открыт, то отражение происходит от конца линии. Фаза отраженного сигнала в одном состоянии диода отличается от фазы отраженного сигнала в другом состоянии диода на π. При необходимости изменения разности фаз длина отрезка линии передачи изменяется соответствующим образом.A device for modulating amplitude and phase, consisting of a circulator, the first input of which is connected to the signal source, the third input is connected to the load, and the second is connected to a piece of open transmission line of length λ / 4, at the beginning of which the p-i-n diode is turned on [Radio transmitting devices. / Edited by O.A. Chelnokov. - M.: Radio and Communications, 1982, p. 152-156]. If the diode is closed, then reflection occurs from the cross section in which it is turned on, the reflected wave enters the load with a resistance of 50 Ohms. If the diode is open, then reflection occurs from the end of the line. The phase of the reflected signal in one state of the diode differs from the phase of the reflected signal in the other state of the diode by π. If necessary, change the phase difference, the length of the length of the transmission line is changed accordingly.
Недостатком этого устройства модуляции является то, что в двух состояниях диода изменяется только фаза отраженного сигнала, причем заданные значения разности фаз отраженного сигнала в двух состояниях диода обеспечивается только на одной фиксированной частоте. Другим недостатком является постоянство амплитуды отраженного сигнала в двух состояниях диода, то есть отсутствие манипуляции амплитуды, что сужает функциональные возможности. Например, это не позволяет обеспечить два канала радиосвязи на одной несущей частоте [один канал можно образовать с помощью манипуляции амплитуды, а другой с помощью манипуляции фазы] или не позволяет обеспечить кодировку передаваемой информации. Третьим недостатком следует считать большие массы и габариты, связанные с необходимостью использования отрезков линии передачи. Четвертым недостатком является то, что устройство манипуляции, состоящее из управляемой и неуправляемой частей, включается между источником сигнала и нагрузкой, которые имеют определенные значения сопротивлений. Источник сигнала имеет чисто действительное сопротивление (второй вход). Нагрузка для отраженного сигнала (третий вход) имеет также действительное сопротивление. Манипулятор подключен к разомкнутой (бесконечное сопротивление) или к замкнутой (нулевое сопротивление) линии передачи. Следующим важным недостатком является то, что данное устройство не обеспечивают манипуляцию амплитуды и фазы проходного сигнала.The disadvantage of this modulation device is that in the two states of the diode only the phase of the reflected signal changes, and the set values of the phase difference of the reflected signal in the two states of the diode is provided only at one fixed frequency. Another disadvantage is the constancy of the amplitude of the reflected signal in two states of the diode, that is, the absence of amplitude manipulation, which narrows the functionality. For example, this does not allow providing two radio communication channels on one carrier frequency [one channel can be formed using amplitude manipulation, and the other using phase manipulation] or it does not allow encoding of the transmitted information. The third disadvantage should be considered large masses and dimensions associated with the need to use segments of the transmission line. The fourth disadvantage is that the manipulation device, consisting of controlled and uncontrolled parts, is connected between the signal source and the load, which have certain resistance values. The signal source has a purely real resistance (second input). The load for the reflected signal (third input) also has a real resistance. The manipulator is connected to an open (infinite resistance) or to a closed (zero resistance) transmission line. Another important disadvantage is that this device does not provide manipulation of the amplitude and phase of the transmitted signal.
Известно устройство модуляции, состоящее из определенного количества реактивных элементов типа L, C, параметры которых выбраны из условия обеспечения требуемой произвольной разности фаз коэффициента отражения [В.Г.Соколинский, В.Г.Шейнкман. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. - М.: Радио и связь, 1983, стр.146-158].A modulation device is known, consisting of a certain number of reactive elements of type L, C, the parameters of which are selected from the condition for providing the required arbitrary phase difference of the reflection coefficient [V.G. Sokolinsky, V.G. Sheinkman. Frequency and phase modulators and manipulators. - M.: Radio and Communications, 1983, p. 146-158].
По сравнению с предыдущими устройством данное устройство не требуют использования полупроводниковых диодов только в открытом и только закрытом состояниях. При любых состояниях диодов, определяемых двумя уровнями низкочастотного управляющего воздействия, при определенных значениях параметров типа L, C может быть обеспечено заданное значение разности фаз отраженного сигнала на фиксированной частоте. Если амплитуда управляющего низкочастотного сигнала между указанными двумя уровнями изменяется непрерывно, то обеспечивается модуляция.Compared with the previous device, this device does not require the use of semiconductor diodes only in the open and only closed states. For any diode states determined by two levels of low-frequency control action, for certain values of parameters of type L, C, a given value of the phase difference of the reflected signal at a fixed frequency can be provided. If the amplitude of the control low-frequency signal between these two levels changes continuously, then modulation is ensured.
Основными недостатками устройства являются отсутствие возможности обеспечения требуемых значений разности фаз и отношения модулей коэффициентов отражения в двух состояниях управляемого элемента на двух и более частотах. Другим недостатком является то, что, как и первое устройство, манипулятор может быть включен только между определенными сопротивлениями. Следующим важным недостатком является то, что данное устройство не обеспечивают манипуляцию амплитуды и фазы проходного сигнала.The main disadvantages of the device are the lack of the ability to provide the required values of the phase difference and the ratio of the modules of the reflection coefficients in two states of the controlled element at two or more frequencies. Another disadvantage is that, like the first device, the manipulator can only be switched on between certain resistances. Another important disadvantage is that this device does not provide manipulation of the amplitude and phase of the transmitted signal.
Известно устройство (прототип) [Головков А.А. Устройство для модуляции отраженного сигнала. Авт. св-во №1800579 от 09.10.1992 г.], содержащее циркулятор, первое и третье плечи которого являются СВЧ-входом и выходом, а во второе плечо включены реактивный четырехполюсник и полупроводниковый диод, подключенный к источнику низкочастотного управляющего воздействия, при этом четерехполюсник выполнен в виде Т-образного соединения двухполюсников со значениями реактивных сопротивлений, которые выбраны из условия обеспечения требуемых одинаковых законов двухуровневого изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала на двух заданных частотах. Так же, как и в предыдущем устройстве, возможна модуляция фазы и амплитуды, если управляющий сигнал изменяется непрерывно. При этом амплитуда и фаза проходного сигнала изменяется по неизвестному закону или совсем не изменяется.A device is known (prototype) [A. Golovkov A device for modulating the reflected signal. Auth. certificate No. 1800579 dated 10/09/1992], containing a circulator, the first and third arms of which are a microwave input and output, and a reactive four-terminal and a semiconductor diode connected to a source of low-frequency control action are included in the second shoulder, while the four-terminal is made in the form of a T-shaped connection of two-terminal devices with reactance values that are selected from the condition for ensuring the required identical laws of two-level changes in the amplitude and phase of the reflected signal at two given frequencies. As in the previous device, phase and amplitude modulation is possible if the control signal changes continuously. In this case, the amplitude and phase of the transmitted signal changes according to an unknown law or does not change at all.
К основным недостаткам данного устройства относятся отсутствие возможности реализации разных заданных законов изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала на двух и более заданных значениях частот, что уменьшает функциональные возможности и объем передаваемой информации. Другим недостатком является то, что, как и в первых двух устройствах, манипулятор может быть включен только между определенными сопротивлениями. Следующим важным недостатком является то, что и данное устройство не обеспечивают заданные законы манипуляции амплитуды и фазы проходного сигнала.The main disadvantages of this device include the lack of the possibility of implementing different specified laws of changing the amplitude and phase of the reflected signal at two or more specified frequencies, which reduces the functionality and the amount of transmitted information. Another disadvantage is that, as in the first two devices, the manipulator can only be switched on between certain resistances. Another important disadvantage is that this device does not provide the specified laws of manipulation of the amplitude and phase of the transmitted signal.
На рассмотрении экспертизы находятся заявленные устройства модуляции для случая включения управляемого элемента в продольную цепь между реактивным четырехполюсником и источником модулирующего сигнала. Место включения источника модулирующего сигнала значения не имеет. Однако место включения управляемого элемента имеет большое значение. В общем случае для заданной конкретной нагрузки существует вполне определенное место включенного управляемого элемента, при котором достигаются наибольшие глубина амплитудной модуляции, девиация фазы и широкополосность.The examination is considering the claimed modulation devices for the case of the inclusion of a controlled element in the longitudinal circuit between the reactive four-terminal network and the source of the modulating signal. The place where the modulating signal source is turned on does not matter. However, the inclusion of the controlled element is of great importance. In the general case, for a given specific load, there is a very definite place of the included controlled element at which the greatest depth of amplitude modulation, phase deviation and broadband are achieved.
В данной заявке на изобретение авторы показывают возможность достижения предельных характеристик при включении управляемого элемента в продольную цепь между источником несущего сигнала и четырехполюсником.In this application for the invention, the authors show the possibility of achieving ultimate performance when a controlled element is included in a longitudinal circuit between the carrier signal source and the four-terminal network.
Техническим результатом изобретения является одновременное обеспечение требуемых разных законов изменения амплитуды и фазы как отраженного, так и проходного сигналов с предельными характеристиками на заданном количестве фиксированных частот при включении манипулятора между произвольными сопротивлениями и включении управляемого элемента в продольную цепь между источником несущего сигнала и четырехполюсником.The technical result of the invention is the simultaneous provision of the required different laws of changing the amplitude and phase of both the reflected and transmitted signals with limit characteristics at a given number of fixed frequencies when the manipulator is turned on between arbitrary resistances and the controlled element is included in the longitudinal circuit between the carrier signal source and the four-terminal network.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве модуляции амплитуды и фазы многочастотных сигналов, содержащем источник несущих сигналов, циркулятор, первое и третье плечо которого являются сверхвысокочастотным входом и выходом, а ко второму плечу подключен вход реактивного четырехполюсника, полупроводниковый диод и источник низкочастотного управляющего напряжения, дополнительно четырехполюсник выполнен в виде произвольного соединения трех реактивных двухполюсников, полупроводниковый диод включен в продольную цепь между источником несущего сигнала и входом четырехполюсника, параллельно диоду подключен источник низкочастотного управляющего сигнала, сопротивление источника сигналов выбрано произвольным, к выходу четырехполюсника включена нагрузка для проходного СВЧ-сигнала с произвольными сопротивлениями на заданном количестве частот интерполяции требуемых частотных характеристик, двухполюсники выполнены из произвольным образом соединенных между собой реактивных элементов, количество которых выбрано не меньшим количества заданных частот интерполяции требуемых амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, а параметры реактивных элементов выбраны из условия одновременного обеспечения требуемых отношений модулей и разностей фаз коэффициентов отражения и передачи на заданном количестве частот в двух состояниях полупроводникового диода, определяемых двумя крайними уровнями управляющего сигнала.This result is achieved by the fact that in the device for modulating the amplitude and phase of multi-frequency signals containing a carrier signal source, a circulator, the first and third arms of which are a microwave input and output, and a reactive four-port input, a semiconductor diode and a low-frequency control voltage source are connected to the second arm, in addition, the four-terminal is made in the form of an arbitrary connection of three reactive two-terminal, a semiconductor diode is included in the longitudinal circuit between the with a carrier signal and a four-terminal input, a low-frequency control signal source is connected in parallel with the diode, the signal source resistance is chosen arbitrarily, the load for the transmitted microwave signal with arbitrary resistances at a given number of interpolation frequencies of the required frequency characteristics is connected to the output of the four-terminal, two-terminal made of randomly connected between themselves reactive elements, the number of which is chosen not less than the number of specified frequencies of the interpo yatsii required amplitude-frequency and phase-frequency characteristics, and the parameters of the reactive elements are selected from the conditions required to ensure the simultaneous relations modules and phase differences of reflection and transmission coefficients of a predetermined number of frequencies in the two states of a semiconductor diode defined by the two extreme levels of the control signal.
На фиг.1 показана схема устройства модуляции амплитуды и фазы сигналов, реализующее способ-прототип.Figure 1 shows a diagram of a device for modulating the amplitude and phase of the signals that implements the prototype method.
На фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства.Figure 2 shows a diagram of the proposed device.
На фиг.3 приведена схема первого варианта реализации предлагаемого устройства модуляции амплитуды и фазы отраженного и проходного многочастотного сигнала для случая n=1, 2 (n - количество частот интерполяции).Figure 3 shows a diagram of a first embodiment of the proposed device for modulating the amplitude and phase of the reflected and transmitted multi-frequency signal for the case n = 1, 2 (n is the number of interpolation frequencies).
На фиг.4 изображена схема второго варианта реализации предлагаемого устройства модуляции амплитуды и фазы отраженного и проходного многочастотного сигнала для случая n=1, 2.Figure 4 shows a diagram of a second embodiment of the proposed device for modulating the amplitude and phase of the reflected and transmitted multi-frequency signal for the case n = 1, 2.
На фиг.5 представлена схема третьего варианта реализации предлагаемого устройства модуляции амплитуды и фазы отраженного и проходного многочастотного сигнала для случая n=1, 2, 3.Figure 5 presents a diagram of a third embodiment of the proposed device for modulating the amplitude and phase of the reflected and transmitted multi-frequency signal for the case n = 1, 2, 3.
На фиг.6 сформирована схема четвертого варианта реализации предлагаемого устройства модуляции амплитуды и фазы отраженного и проходного многочастотного сигнала для случая n=1, 2, 3.Figure 6 is a diagram of a fourth embodiment of the proposed device for modulating the amplitude and phase of the reflected and transmitted multi-frequency signal for the case n = 1, 2, 3.
Устройство-прототип содержит циркулятор 1 с входным 2, нагрузочным 3 и выходным 4 плечами, три двухполюсника 5, 6, 7 с реактивными сопротивлениями x1, x2, х3, соединенных между собой по Т-схеме, а также полупроводниковый диод 8, подключенный параллельно к источнику сигнала модуляции 9. Двухполюсник 7 подключен к диоду 8, двухполюсник 5 - к нагрузочному плечу 3 циркулятора 1.The prototype device contains a
Принцип действия устройства манипуляции параметров сигнала, реализующего способ-прототип, состоит в следующем.The principle of operation of the device manipulating the parameters of the signal that implements the prototype method is as follows.
Сигнал от задающего генератора (на фиг.1 не показан) через входное плечо 2 циркулятора 1 поступает в нагрузочное плечо 3. В результате взаимодействия пришедшего сигнала с реактивными элементами и диодом и благодаря специальному выбору значений реактивных элементов двухполюсников, значения фаз и амплитуд отраженных сигналов на двух частотах оказывается такими, что в результате их интерференции на выходное плечо 4 циркулятора 1 поступают сигналы, амплитуда и фаза которых в одном состоянии диода 8, определяемом одним крайним значением сигнала модуляции источника 9, отличаются от амплитуды и фазы этих сигналов в другом состоянии диода 8 на одинаковые заданные величины на соответствующих двух частотах. Максимальная девиация фазы может составлять 360°, минимальная - ноль, максимальное отношение амплитуд равно ∞.The signal from the master oscillator (not shown in FIG. 1) through the
Предлагаемое устройство и четыре варианта его реализации (фиг.3-6) содержат циркулятор с входным 2, нагрузочным 3 и выходным 4 плечами, четырехполюсник и три двухполюсника 5, 6, 7 с реактивными сопротивлениями x1n, x2n, х3n, соединенных между собой по Т или П-схеме, а также полупроводниковый диод 8, включенный в продольную цепь между плечом 3 и четырехполюсником и подключенный параллельно к источнику сигнала модуляции 9, двухполюсник 5 подключен к диоду 8, двухполюсник 7 - к нагрузке 10 для проходного сигнала. Нагрузкой для отраженного сигнала является плечо 4. Плечо 3 по существу является для четырехполюсника источником сигнала. Нагрузкой может являться, например, антенна.The proposed device and four variants of its implementation (Figs. 3-6) contain a circulator with
Эти устройства функционируют следующим образом. Благодаря специальному выбору количества реактивных элементов двухполюсников, схемы их соединений и значений их параметров при переключении управляющего (модулирующего) сигнала на диоде будет одновременно происходить манипуляция амплитуды и фазы как отраженного, так и проходного сигнала на заданном количестве частот в общем случае различными законами двухуровневого изменения амплитуды и фазы на каждой из частот. При непрерывном изменении амплитуды управляющего сигнала будет реализована модуляция амплитуды и фазы отраженного и проходного сигнала по амплитуде и фазе в общем случае по произвольным заданным законам.These devices operate as follows. Due to the special choice of the number of reactive elements of two-terminal circuits, their connections and the values of their parameters when switching the control (modulating) signal on the diode, the amplitude and phase of both the reflected and transmitted signal will be simultaneously manipulated at a given number of frequencies in the general case with different laws of two-level amplitude change and phases at each of the frequencies. With a continuous change in the amplitude of the control signal, the amplitude and phase of the reflected and transmitted signal will be modulated in amplitude and phase in the general case according to arbitrary given laws.
Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.
Пусть на фиксированной частоте известны сопротивления источника сигнала Z0=r0+jx0, нагрузки Zн=rн+jxн и управляемого элемента Z1,2=r1,2+jx1,2 в двух состояниях, определяемых двумя уровнями управляющего воздействия.Let the resistance of the signal source Z 0 = r 0 + jx 0 , the load Z n = r n + jx n and the controlled element Z 1,2 = r 1,2 + jx 1,2 in two states defined by two levels be known at a fixed frequency control action.
Требуется определить структуру схемы согласующе-фильтрующего устройства (СФУ), минимальное количество элементов и значения их параметров, при которых изменение состояний управляемого элемента влечет за собой изменение модулей и фаз коэффициентов передачи и отражения по следующим законам:It is required to determine the structure of the matching filtering device (SFU) scheme, the minimum number of elements and the values of their parameters at which a change in the state of a controlled element entails a change in the modules and phases of the transmission and reflection coefficients according to the following laws:
где - требуемые отношения модулей и разности фаз коэффициентов передачи и отражения амплитудно-фазовых манипуляторов в двух состояниях их управляемого элемента.Where - the required ratio of the modules and the phase difference of the transmission coefficients and reflections amplitude-phase manipulators in two states of their controlled element.
Эквивалентную схему манипулятора с учетом источника сигнала и нагрузки представим в виде четырех каскадно соединенных четырехполюсников.The equivalent circuit of the manipulator, taking into account the signal source and load, is presented in the form of four cascade-connected four-terminal devices.
Первый четырехполюсник представляет собой источник сигнала; второй - управляемый элемент, включенный в продольную цепь; третий - СФУ; четвертый - нагрузку (антенну).The first quadrupole is a signal source; the second is a controlled element included in the longitudinal chain; the third - SFU; the fourth is the load (antenna).
Используя подход, предложенный в [Головков А.А., Минаков В.Г. Взаимосвязи между элементами матрицы сопротивлений и их использование для синтеза согласующе-фильтрующих устройств амплитудно-фазовых манипуляторов. Телекоммуникации №8, 2004, стр.29-32], найдем, что нормированная классическая матрица передачи эквивалентной схемы имеет вид:Using the approach proposed in [Golovkov A.A., Minakov V.G. The relationship between the elements of the resistance matrix and their use for the synthesis of matching-filtering devices of amplitude-phase manipulators. Telecommunications No. 8, 2004, p.29-32], we find that the normalized classical matrix transfer equivalent circuit has the form:
где Х11, Х21, Х22 - элементы матрицы СФУ (4), построенного только с использованием реактивных элементов типа L, C; - это определитель матрицы (4):where X 11 , X 21 , X 22 - elements of the matrix SFU (4), built only using reactive elements of type L, C; is the determinant of the matrix (4):
Используя известные соотношения между элементами матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971, 388 с.], получим выражения для коэффициентов передачи и отражения манипуляторов:Using the known relations between the elements of the transfer matrix and the elements of the scattering matrix [Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M .: Communication, 1971, 388 pp.], We obtain expressions for the transmission and reflection coefficients of the manipulators:
Подставим (5) в (1) и после разделения действительной и мнимой частей между собой получим систему двух уравнений:We substitute (5) into (1) and after separating the real and imaginary parts from each other, we obtain a system of two equations:
решение которой имеет вид:the solution of which is:
гдеWhere
Полученные две взаимосвязи (8) между элементами матрицы сопротивлений СФУ являются оптимальными по критерию обеспечения требуемого закона изменения модуля и фазы коэффициента передачи (1). Следовательно, СФУ должно иметь не менее двух реактивных элементов, параметры которых должны удовлетворять системе двух уравнений, формируемых следующим образом. Надо определить матрицу сопротивлений пробной схемы СФУ и найти ее элементы Х11, Х22, Х21, выраженные через конкретные параметры. Параметры этих элементов необходимо подставить в (8) и решить сформированную таким образом систему двух уравнений относительно двух выбранных параметров. Значения параметров остальных элементов могут быть выбраны произвольно, поскольку условие физической реализуемости, вытекающие из требования положительности подкоренного выражения в (8), выполняются при любом значении X11.The obtained two relationships (8) between the elements of the SFU resistance matrix are optimal according to the criterion for ensuring the required law of change in the modulus and phase of the transmission coefficient (1). Therefore, SFU must have at least two reactive elements, the parameters of which must satisfy the system of two equations, formed as follows. It is necessary to determine the resistance matrix of the test SFU circuit and find its elements X 11 , X 22 , X 21 , expressed through specific parameters. The parameters of these elements must be substituted in (8) and the system of two equations formed in this way relative to the two selected parameters should be solved. The values of the parameters of the remaining elements can be arbitrarily chosen, since the condition of physical realizability arising from the requirement of positivity of the radical expression in (8) is satisfied for any value of X 11 .
Это условие имеет вид:This condition has the form:
Из выражения (9) по тем же причинам следует ограничение на квадрат отношения модулей коэффициентов передачи в двух состояниях:From the expression (9) for the same reasons, there follows a restriction on the square of the ratio of the modules of transmission coefficients in two states:
где - качество управляемого элемента, последовательно соединенного с источником сигнала.Where - the quality of the controlled element connected in series with the signal source.
Для определения взаимосвязей между элементами матрицы сопротивлений СФУ, оптимальных по критерию обеспечения закона изменения коэффициента отражения (2), воспользуемся полученным решением (8) и решением вспомогательной задачи обеспечения требуемых значений разности фаз φ и отношения модулей m одного из элементов (T21) волновой матрицы передачи [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971, 388 с.]:To determine the relationships between the elements of the SFU resistance matrix that are optimal according to the criterion for ensuring the law of reflection coefficient change (2), we use the obtained solution (8) and the auxiliary task of providing the required phase difference φ and the module ratio m of one of the elements (T 21 ) of the wave matrix transmission [Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M .: Communication, 1971, 388 p.]:
где Where
В соответствии с (12) имеют место соотношения:In accordance with (12), the following relations hold:
Таким образом, для обеспечения требуемых значений m11, φ11 необходимо найти взаимосвязи между элементами матрицы сопротивлений СФУ, оптимальных по критерию реализации m и φ.Thus, to ensure the required values of m 11 , φ 11, it is necessary to find the relationship between the elements of the matrix of resistances of SFU that are optimal according to the implementation criterion m and φ.
Подставим (12) в (11), разделим между собой действительную и мнимую части и получим систему двух уравнений:We substitute (12) into (11), separate the real and imaginary parts from each other, and obtain a system of two equations:
решение которой имеет вид:the solution of which is:
гдеWhere
Для одновременного обеспечения требуемых значений m, φ, m21, φ21, то есть для обеспечения значений m11, φ11 (13), необходимо, чтобы взаимосвязи (8) и (15) выполнялись одновременно.To simultaneously provide the required values of m, φ, m 21 , φ 21 , that is, to ensure the values of m 11 , φ 11 (13), it is necessary that the relationships (8) and (15) be performed simultaneously.
Поскольку элементы матрицы сопротивлений описывают одно и тоже СФУ, то (8) и (15) должны быть попарно равны. Из этих равенств вытекает ограничение на третий элемент матрицы сопротивленийSince the elements of the resistance matrix describe the same SFU, then (8) and (15) should be equal in pairs. From these equalities there follows a restriction on the third element of the resistance matrix
Поскольку все три элемента Х11, Х21, Х22 строго заданы, то СФУ должно содержать минимум три реактивных элемента, значения параметров которые должны определяться из решения системы трех уравнений, формируемых из (8) и (16) или (15) и (16), указанным выше образом. Второе равенство из (16) выполняется при нулевом подкоренном выражении, которое накладывает ограничения на одну из величин m11, φ11.Since all three elements X 11 , X 21 , X 22 are strictly defined, the SFU must contain at least three reactive elements, the values of the parameters that must be determined from the solution of the system of three equations generated from (8) and (16) or (15) and ( 16) as indicated above. The second equality from (16) is satisfied with the zero radical expression, which imposes restrictions on one of the quantities m 11 , φ 11 .
Подкоренное выражение в (15) положительно при любом Х11, если D2<0. Из этого неравенства следует ограничение на φ, m:The radical expression in (15) is positive for any X 11 if D 2 <0. This inequality implies a restriction on φ, m:
где Where
В соответствии с разработанными алгоритмами синтезированы простейшие схемы в виде Т-образного и П-образного соединений трех двухполюсников.In accordance with the developed algorithms, the simplest schemes were synthesized in the form of a T-shaped and U-shaped connections of three two-terminal devices.
Для Т-образного соединения:For a T-joint:
Для П-образного соединения:For a U-shaped connection:
В выражениях (19) и (20) элементы матрицы Х11, Х21, Х22 определяются взаимосвязями (8) и (16) или (15) и (16). Эти взаимосвязи дополняют известные взаимосвязи между элементами матрицы параметров, вытекающие из условий взаимности, симметрии, антиметрии, недиссипативности и унитарности, и расширяют возможности синтеза СФУ амплитудно-фазовых манипуляторов.In expressions (19) and (20), the elements of the matrix X 11 , X 21 , X 22 are determined by the relationships (8) and (16) or (15) and (16). These relationships complement the known relationships between the elements of the matrix of parameters arising from the conditions of reciprocity, symmetry, antimetry, non-dissipativity and unitarity, and expand the possibilities of synthesizing SFU amplitude-phase manipulators.
Структура схем определяется следующим образом. Если в формулах (19)-(20) Xkn>0 (k=1, 2, 3), то это индуктивность Lkn=Xkn/ωn, (ωn=2пfn). Если Xkn<0, то это емкость (k - номер двухполюсника).The structure of the schemes is defined as follows. If in formulas (19) - (20) X kn > 0 (k = 1, 2, 3), then this is the inductance L kn = X kn / ω n , (ω n = 2пf n ). If X kn <0, then this is the capacity (k is the number of the two-terminal network).
Реализация требуемых частотных характеристик в двух состояниях легко может быть осуществлена путем интерполяции на двух, трех и т.д. частотах. Для этого необходимо каждый из двухполюсников, входящих в схему СФУ (фиг.3-6), сформировать из элементов L, С таким образом, чтобы он обеспечивал на заданных частотах требуемые значения сопротивлений, рассчитанные по формулам (19)-(20) для этих же частот. При этом коэффициенты D, Е, F также рассчитываются для соответствующей частоты, что учитывается ее номером n. Здесь приводятся два решения таких задач. Для двух заданных частот предлагается сформировать двухполюсники из последовательно соединенных между собой параллельного и последовательного колебательных контуров. Сопротивления такого двухполюсника на двух частотах определяется выражениями:The implementation of the required frequency characteristics in two states can easily be done by interpolation on two, three, etc. frequencies. For this, it is necessary to form each of the two-terminal circuits of the Siberian Federal University (Figs. 3-6) from the elements L, C so that it provides the required resistance values at the given frequencies, calculated according to formulas (19) - (20) for these same frequencies. In this case, the coefficients D, E, F are also calculated for the corresponding frequency, which is taken into account by its number n. Here are two solutions to such problems. For two given frequencies, it is proposed to form two-terminal circuits from parallel and serial oscillatory circuits connected in series between each other. The resistance of such a two-terminal device at two frequencies is determined by the expressions:
Решение системы двух уравнений (13) определяет параметры L1, C1 параллельного контура:The solution of the system of two equations (13) determines the parameters L 1 , C 1 of the parallel circuit:
где k=1, 2 - номер двухполюсника; n=1, 2 - номер частоты.where k = 1, 2 is the number of the two-terminal network; n = 1, 2 - frequency number.
В выражениях (14) параметры L, C могут быть выбраны произвольно, исходя из каких-либо физических соображений, например из условия обеспечения минимума отклонений заданных характеристик в заданной полосе частот, или исходя из условия физической реализуемости схем.In expressions (14), the parameters L, C can be chosen arbitrarily, based on any physical considerations, for example, from the condition of ensuring a minimum of deviations of the given characteristics in a given frequency band, or based on the condition of physical realizability of the circuits.
Для трех заданных частот предлагается формировать двухполюсники из последовательно соединенных емкости С0, параллельного контура L1, C1 и реактивного двухполюсника с сопротивлением jx0. При этом параметры определяются из решения системы трех уравнений:For three given frequencies, it is proposed to form two-terminal circuits from series-connected capacitance C 0 , a parallel circuit L 1 , C 1 and a reactive two-terminal with resistance jx 0 . In this case, the parameters are determined from the solution of the system of three equations:
Решение имеет вид:The solution has the form:
гдеWhere
Xk1=xk1-X0(ω1); Xk2=xk2-X0(ω2); Xk3=xk3-X0(ω3); Xk1, Xk2, Xk3 - реактивные сопротивления последовательно соединенных емкости С0 и параллельного колебательного контура с параметрами L1, C1; xk1, xk2, хk3 - реактивные сопротивления последовательно соединенных емкости С0, параллельного контура с параметрами L1, C1 и двухполюсника с реактивным сопротивлением х0 на трех заданных частотах, при этом двухполюсник с реактивным сопротивлением x0 формируется из произвольного количества соединенных любым образом реактивных элементов с произвольными значениями параметров L, С; ω1, ω2, ω3 - заданные фиксированные частоты.X k1 = x k1 -X 0 (ω 1 ); X k2 = x k2 -X 0 (ω 2 ); X k3 = x k3 -X 0 (ω 3 ); X k1 , X k2 , X k3 - reactance of a series-connected capacitance C 0 and a parallel oscillatory circuit with parameters L 1 , C 1 ; x k1 , x k2 , x k3 - reactance of a series-connected capacitance C 0 , a parallel circuit with parameters L 1 , C 1 and a two-terminal with reactance x 0 at three given frequencies, while a two-terminal with reactance x 0 is formed from an arbitrary number reactive elements connected in any way with arbitrary values of the parameters L, C; ω 1 , ω 2 , ω 3 - given fixed frequencies.
Реактивное сопротивление jx0 двухполюсника формируется произвольным образом или исходя из каких-либо физических соображений, например исходя из условия обеспечения минимума отклонений характеристик в полосе частот.The reactance jx 0 of the two-terminal network is formed arbitrarily or on the basis of any physical considerations, for example, on the basis of the conditions for ensuring a minimum of deviations of characteristics in the frequency band.
Полученные решения (22) и (24) для двух и трех заданных частот могут быть использованы как в П-образной схеме соединения двух двухполюсников, так и в Т-образной. Поэтому вариантов реализации предлагаемого устройства в настоящее время модуляции амплитуды и фазы многочастотных отраженных и проходных сигналов могут быть всего четыре.The obtained solutions (22) and (24) for two and three preset frequencies can be used both in a U-shaped connection scheme of two two-terminal networks and in a T-shaped one. Therefore, the implementation options of the proposed device currently modulating the amplitude and phase of the multi-frequency reflected and transmitted signals can be only four.
Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений неизвестно устройство манипуляции параметров многочастотных отраженных и проходных сигналов на заданном количестве частот, состоящее из определенным образом соединенных определенного количества реактивных элементов L, C с определенными по соответствующим математическим выражениям параметрами.The proposed technical solutions are new, since the device for manipulating the parameters of the multi-frequency reflected and transmitted signals at a given number of frequencies, consisting of in a certain way connected a certain number of reactive elements L, C with parameters determined by the corresponding mathematical expressions, is not known from publicly available information.
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленные последовательности выполнения устройства (формирование неуправляемой части определенным образом соединенных между собой двухполюсников из условия обеспечения двухуровневого изменения амплитуды и фазы отраженного и проходного сигналов на заданном количестве частот при изменении состояния управляемого элемента, включенного в продольную цепь при произвольных значениях сопротивлений источника сигнала и нагрузок), а также варианты реализации в виде схем соединений элементов L, C, формирующих двухполюсник, и математические выражения для определения их параметров одновременно обеспечивают реализацию требуемых разных законов изменения амплитуды и фазы отраженного и проходного сигналов на заданном количестве фиксированных частот при включении модулятора между произвольными сопротивлениями.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from published scientific data and known technical solutions that the claimed device execution sequences (the formation of an uncontrolled part of a two-terminal network connected in a certain way, from the condition of providing a two-level change in the amplitude and phase of the reflected and transmitted signals at a given the number of frequencies when the state of the controlled element included in the longitudinal circuit changes when values of the resistance of the signal source and loads), as well as implementation options in the form of connection diagrams of the L, C elements forming a two-terminal network, and mathematical expressions to determine their parameters simultaneously ensure the implementation of the required different laws for changing the amplitude and phase of the reflected and transmitted signals for a given number of fixed frequencies when the modulator is turned on between arbitrary resistances.
Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы полупроводниковые диоды, например p-i-n диоды, варикапы и т.д., серийно выпускаемые промышленностью индуктивности и емкости, сформированные в вариантах реализации схемы двухполюсников Т, П-образных соединений. Значения параметров емкостей и индуктивностей однозначно могут быть определены с помощью математических выражений, приведенных в описании изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since semiconductor diodes, for example p-i-n diodes, varicaps, etc., commercially available inductance and capacitance industry, formed in variants of the implementation of the two-terminal circuit of T, U-shaped connections, can be used for their implementation. The values of the parameters of capacitances and inductances can be uniquely determined using mathematical expressions given in the description of the invention.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в одновременной реализации требуемых разных законов изменения амплитуды и фазы отраженного и проходного сигналов на заданном количестве фиксированных частот интерполяции при включении модулятора между произвольными сопротивлениями.The technical and economic efficiency of the proposed device consists in the simultaneous implementation of the required different laws of changing the amplitude and phase of the reflected and transmitted signals at a given number of fixed interpolation frequencies when the modulator is turned on between arbitrary resistances.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131648/09A RU2305876C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Miltifrequency signal amplitude-and-phase modulating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131648/09A RU2305876C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Miltifrequency signal amplitude-and-phase modulating device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005131648A RU2005131648A (en) | 2007-04-20 |
RU2305876C2 true RU2305876C2 (en) | 2007-09-10 |
Family
ID=38036655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005131648/09A RU2305876C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Miltifrequency signal amplitude-and-phase modulating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2305876C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463706C2 (en) * | 2010-12-07 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" | Contact disturbances sources detection device |
-
2005
- 2005-10-12 RU RU2005131648/09A patent/RU2305876C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2463706C2 (en) * | 2010-12-07 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" | Contact disturbances sources detection device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005131648A (en) | 2007-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2342769C2 (en) | Device for modulating amplitude and phase of radio-frequency signals | |
RU2354039C1 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation | |
RU2341867C2 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of multiple-frequency signals and device for its realisation | |
RU2354040C1 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation | |
RU2353049C1 (en) | Radio frequency signal amplitude and phase modulation method and associated device | |
RU2341006C2 (en) | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof | |
RU2305876C2 (en) | Miltifrequency signal amplitude-and-phase modulating device | |
RU2341866C2 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals | |
RU2341011C2 (en) | Multiple frequency signal amplitude and phase modulator | |
RU2310975C2 (en) | Device for modulating amplitude and phase of multi-frequency signals | |
RU2310979C2 (en) | Device for modulating amplitude and phase of multi-frequency signals | |
RU2341865C2 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of mf signals | |
RU2341868C2 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of multiple-frequency signals | |
RU2294051C2 (en) | Method and device for multifrequency modulation of signal amplitude and phase | |
RU2496224C2 (en) | Method for amplitude-phase modulation of high-frequency signal and apparatus for realising said method | |
RU2354038C1 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation | |
RU2291554C1 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of multi-frequency signals | |
RU2281602C1 (en) | Method and device for modulating phase and amplitude of multiple-frequency signals | |
RU2307420C2 (en) | Multifrequency signal amplitude and phase modulator | |
RU2341008C2 (en) | Radio-frequency signal amplitude and phase modulators | |
RU2589304C1 (en) | Method for amplitude-phase modulation of high-frequency signal and device for its implementation | |
RU2291553C1 (en) | Device for modulating amplitude and phase of multi-frequency signals | |
RU2350010C2 (en) | Multiple frequency signal amplitude and phase modulator | |
RU2342768C2 (en) | Device for modulating amplitude and phase of radio-frequency signals | |
RU2341014C2 (en) | Multiple frequency signal amplitude and phase modulator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081013 |