RU2488947C2

RU2488947C2 - Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method

Info

Publication number: RU2488947C2
Application number: RU2011141578/08A
Authority: RU
Inventors: Александр Афанасьевич Головков; Владимир Александрович Головков; Александр Викторович Нагалин
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-07-27
Also published as: RU2011141578A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: multifunctional apparatus which realises the method has a complex two-terminal element, a dc voltage source, a two-terminal nonlinear element with a negative differential resistance, a reactive four-terminal element, a load and a low-frequency control signal source, wherein the reactive four-terminal element is in form of a T-connection of three two-terminal elements which are in form of two series-connected parallel loops; values of parameters of the elements are defined in accordance with given mathematical expressions.

EFFECT: providing amplitude, phase and frequency modulation using one device with a long linear section of the frequency-modulation characteristic when using one nonlinear element in frequency-modulation mode and with a given ratio of moduli and phase difference of the transfer function in two states, characterised by two values of the amplitude of the low-frequency control signal.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано для обеспечения амплитудной, фазовой и частотной модуляции.The invention relates to the fields of radio communications, radar, radio navigation and electronic warfare and can be used to provide amplitude, phase and frequency modulation.

Известен способ амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотного сигнала, основанный в режиме частотной модуляции на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом первого нелинейного элемента, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования первого нелинейного элемента с нагрузкой, изменении частоты генерируемого высокочастотного сигнала путем изменения баланса фаз за счет изменения параметра второго нелинейного элемента, включенного в избирательную нагрузку, по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего (первичного, информационного) сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», - 2006, с.434-437). В режиме амплитудной и фазовой модуляции на вход устройства подключают источник высокочастотного сигнала и изменяют его амплитуду и фазу.A known method of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, based on the frequency modulation mode by converting the energy of a constant voltage source into energy of a high-frequency signal, organizing external positive feedback between the load and the control electrode of the first nonlinear element, fulfilling the excitation conditions in the form of amplitude balance and balance phases determining respectively the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and the matching conditions of the first a linear element with a load, changing the frequency of the generated high-frequency signal by changing the phase balance by changing the parameter of the second non-linear element included in the selective load, according to the law of changing the amplitude of the low-frequency control (primary, information) signal (see Gonorovsky I.S. signals. - M.: “Bustard”, - 2006, p. 434-437). In the mode of amplitude and phase modulation, the source of the high-frequency signal is connected to the input of the device and its amplitude and phase are changed.

Известно устройство амплитудной и фазовой модуляции и частотной модуляции высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики транзистора, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, в который включен варикап, подключенный к источнику управляющего сигнала, RC - цепи внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, при этом параметры контура, транзистора и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и диапазона изменения частоты генерируемого высокочастотного сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего (первичного, информационного) сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», - 2006, с.434-437). В режиме амплитудной и фазовой модуляции на вход устройства подключают источник высокочастотного сигнала и изменяют его амплитуду и фазу.A device for amplitude and phase modulation and frequency modulation of a high-frequency signal is known, consisting of a constant voltage source that sets an operating point in the middle of a quasilinear section of the current-voltage characteristic of a transistor, a four-terminal reactive load, in the form of a parallel oscillatory circuit, which includes a varicap connected to a control signal source , RC - external positive feedback circuit between the load and the control electrode of the transistor, while the parameters of the circuit, transistor and varicap are selected from the condition of ensuring the specified amplitude and frequency range of the generated high-frequency signal according to the law of amplitude change of the low-frequency control (primary, information) signal (see IS Gonorovsky, Radio engineering circuits and signals. - M.: “Drofa ", - 2006, p. 434-437). In the mode of amplitude and phase modulation, the source of the high-frequency signal is connected to the input of the device and its amplitude and phase are changed.

Принцип действия этого устройства состоит в следующем. В режиме частотной модуляции при включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию цепи положительной обратной связи, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, поступает на управляющий электрод транзистора, который в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника начинает работать в режиме усиления до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором наступает режим насыщения (ограничения амплитуды). Наступает стационарный режим. В этом режиме изменение емкости варикапа под действием управляющего сигнала приводит к изменению частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного сигнала. В режиме амплитудной и фазовой модуляции на вход устройства подключают источник высокочастотного сигнала и изменяют его амплитуду и фазу под действием управляющего сигнала в общем случае по неконтролируемому закону, поскольку устройство синтезировано только по критерию обеспечения частотной модуляции.The principle of operation of this device is as follows. In the frequency modulation mode, when a constant voltage (current) source is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of a positive feedback circuit, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillating circuit is supplied to the control electrode of the transistor, which, by matching with the reactive four-terminal device, starts to operate in the amplification mode until the amplitude of this oscillation increases to the level at which saturation mode (amplitude limits). There is a stationary mode. In this mode, a change in the capacitance of a varicap under the action of a control signal leads to a change in the frequency of the generated signal according to the law of change in the amplitude of the low-frequency signal. In the mode of amplitude and phase modulation, the source of the high-frequency signal is connected to the input of the device and its amplitude and phase are changed under the action of the control signal in the general case according to an uncontrolled law, since the device is synthesized only by the criterion of ensuring frequency modulation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотного сигнала, основанный в режиме частотной модуляции на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внутренней обратной связи в первом нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования первого нелинейного элемента с нагрузкой, изменении частоты генерируемого высокочастотного сигнала путем изменения баланса фаз за счет изменения параметра второго нелинейного элемента, включенного в избирательную нагрузку, по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего (первичного, информационного) сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», - 2006, с.414-417, 434-437). В режиме амплитудной и фазовой модуляции на вход устройства подключают источник высокочастотного сигнала и изменяют его амплитуду и фазу.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, based in the frequency modulation mode on converting the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing internal feedback in the first nonlinear element by using as of a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, the fulfillment of the excitation conditions in the form of a balance amplitudes and phase balance, respectively determining the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and the conditions for matching the first non-linear element with the load, changing the frequency of the generated high-frequency signal by changing the phase balance by changing the parameter of the second non-linear element included in the selective load, according to the law of changing the low-frequency amplitude control (primary, informational) signal (see Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. - M .: "Bustard", - 2006, p. 414-417, 434-437). In the mode of amplitude and phase modulation, the source of the high-frequency signal is connected to the input of the device and its amplitude and phase are changed.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольтамперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура с включенным варикапом, подключенным к источнику управляющего сигнала, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и диапазона изменения частоты генерируемого высокочастотного сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего (первичного, информационного) сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», - 2006, с.414-417, 434-437).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source that sets the operating point in the middle of the falling section of the current-voltage characteristics of a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, reactive four-terminal, load in in the form of a parallel oscillatory circuit with the varicap turned on, connected to the source I control its signal, while the parameters of the circuit, the bipolar nonlinear element and the varicap are selected from the condition of providing the specified amplitude and frequency range of the generated high-frequency signal according to the law of the amplitude of the low-frequency control (primary, information) signal (see Gonorovsky I.S. Radio engineering circuits and signals . - M.: “Bustard”, - 2006, p. 414-417, 434-437).

Принцип действия этого устройства состоит в следующем. В режиме частотной модуляции при включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радио диапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, 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 контуре. Благодаря этому, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим. В этом режиме изменение емкости варикапа под действием управляющего сигнала приводит к изменению частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного сигнала. В режиме амплитудной и фазовой модуляции на вход устройства подключают источник высокочастотного сигнала и изменяют его амплитуду и фазу.The principle of operation of this device is as follows. In the frequency modulation mode, when a constant voltage (current) source is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback in a bipolar nonlinear element, a negative differential resistance arises in the section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal, compensates for losses in the circuit. Due to this, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is amplified until the amplitude of this oscillation increases to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode. In this mode, a change in the capacitance of a varicap under the action of a control signal leads to a change in the frequency of the generated signal according to the law of change in the amplitude of the low-frequency signal. In the mode of amplitude and phase modulation, the source of the high-frequency signal is connected to the input of the device and its amplitude and phase are changed.

Недостатком способа и устройства является наличие двух нелинейных элементов, один из которых работает в качестве усилителя и ограничителя, а второй используется в режиме частотной модуляции для изменения частоты генерируемого высокочастотного сигнала и малый линейный участок модуляционной характеристики в силу малости линейного участка вольт-фарадной характеристики варикапа. Кроме того, не указывается, каким образом необходимо выбирать значения параметров обоих четырехполюсников, при которых наступает режим возбуждения и стационарный режим. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств генерации и частотной модуляции в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. В режиме амплитудной и фазовой модуляции основным недостатком является изменение амплитуды и фазы высокочастотного сигнала по неконтролируемому закону, а надо изменять их по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала.The disadvantage of this method and device is the presence of two nonlinear elements, one of which works as an amplifier and a limiter, and the second is used in the frequency modulation mode to change the frequency of the generated high-frequency signal and a small linear section of the modulation characteristic due to the smallness of the linear section of the capacitance-voltage characteristic of the varicap. In addition, it does not indicate how it is necessary to choose the values of the parameters of both four-terminal networks, at which the excitation mode and the stationary mode occur. This question arises especially sharply when designing generation and frequency modulation devices in the HF and UHF bands, on which the reactive components of the parameters of nonlinear elements must be taken into account. Currently, the classical theory of radio circuits does not take this into account. In the mode of amplitude and phase modulation, the main disadvantage is the change in the amplitude and phase of the high-frequency signal according to an uncontrolled law, but they must be changed according to the law of change in the amplitude of the low-frequency control signal.

Таким образом, основным недостатком всех известных способов и устройств модуляции параметров высокочастотного сигнала является отсутствие возможности эффективного выполнения амплитудной, фазовой и частотной модуляции с помощью одного устройства по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала.Thus, the main disadvantage of all known methods and devices for modulating the parameters of a high-frequency signal is the inability to effectively perform amplitude, phase and frequency modulation using one device according to the law of changing the amplitude of the low-frequency control signal.

Техническим результатом изобретения является обеспечение амплитудной, фазовой и частотной модуляции с помощью одного устройства по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала с увеличенным линейным участком частотной модуляционной характеристики при использовании одного нелинейного элемента в режиме частотной модуляции и с заданными отношением модулей и разностью фаз передаточной функции в двух состояниях, характеризуемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, в режиме амплитудной и фазовой модуляции, что позволяет создавать эффективные компактные устройства амплитудной, фазовой и частотной модуляции при использовании реактивного базиса с сосредоточенными параметрами.The technical result of the invention is the provision of amplitude, phase and frequency modulation using one device according to the law of changing the amplitude of the low-frequency control signal with an increased linear portion of the frequency modulation characteristic when using one nonlinear element in the frequency modulation mode and with a given ratio of modules and phase difference of the transfer function in two states characterized by two values of the amplitude of the low-frequency control signal in the amplitude mode and phase modulation, which allows you to create efficient compact devices of amplitude, phase and frequency modulation when using a reactive basis with lumped parameters.

1. Указанный результат достигается тем, что в способе амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотного сигнала, основанном на взаимодействии высокочастотного и низкочастотного сигналов с многофункциональным устройством амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотного сигнала, выполненным из нелинейного элемента, включенного в продольную цепь, согласующего четырехполюсника и нагрузки, причем в режиме частотной модуляции преобразуют энергию источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организуют внутреннюю обратную связь в нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполняют условия возбуждения стационарного режима генерации в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющие соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условия согласования нелинейного элемента с нагрузкой с помощью согласующего четырехполюсника, изменяют частоту генерируемого высокочастотного сигнала путем изменения баланса фаз по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, в режиме амплитудной и фазовой модуляции изменяют амплитуду и фазу входного высокочастотного сигнала под действием низкочастотного управляющего сигнала, дополнительно к входу четырехполюсника и к двухполюсному нелинейному элементу, включенному перед четырехполюсником в продольному цепь, подключают комплексный двухполюсник в поперечную цепь, в режиме частотной модуляции изменяют частоту генерируемого высокочастотного сигнала и реализуют условия согласования за счет изменения сопротивления двухполюсного нелинейного элемента под действием низкочастотного управляющего сигнала и обеспечения условия стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на всем диапазоне изменения сопротивления двухполюсного нелинейного элемента от амплитуды низкочастотного управляющего сигнала и на заданном первом диапазоне изменения частоты генерируемого сигнала, в режиме амплитудной и фазовой модуляции изменяют амплитуду и фазу выходного высокочастотного сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала путем реализации заданных отношений модулей и разностей фаз передаточной функции многофункционального устройства в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного сигнала, на заданном втором диапазоне изменения частоты за счет выбора оптимальных частотных характеристик параметров четырехполюсника из условия обеспечения физической реализуемости перечисленных операций в соответствии со следующими математическими выражениями:1. The specified result is achieved by the fact that in the method of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, based on the interaction of high-frequency and low-frequency signals with a multifunctional device of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, made of a nonlinear element included in the longitudinal circuit matching a four-terminal network and loads, and in the frequency modulation mode, they convert the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organize the internal feedback in the nonlinear element by using a bipolar nonlinear element with negative differential resistance as it, fulfill the conditions for the excitation of the stationary generation mode in the form of amplitude balance and phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and the conditions for matching the nonlinear element with the load using matching four-port, change the frequency of the generated high-frequency signal by changing of phase balance according to the law of the amplitude of the low-frequency control signal, in the amplitude and phase modulation mode, change the amplitude and phase of the input high-frequency signal under the influence of the low-frequency control signal, in addition to the input of the four-terminal and to the two-pole nonlinear element connected in front of the four-terminal in the longitudinal circuit, connect a complex two-terminal in the transverse circuit, in the frequency modulation mode, the frequency of the generated high-frequency signal is changed and conditions are met coordination by changing the resistance of a bipolar nonlinear element under the influence of a low-frequency control signal and providing a condition for a stationary generation mode in the form of a denomination of the denominator of the transmission coefficient over the entire range of changes in the resistance of a bipolar nonlinear element from the amplitude of the low-frequency control signal and in a given first range of changes in the frequency of the generated signal, in amplitude and phase modulation mode change the amplitude and phase of the output high-frequency of the signal according to the law of changing the amplitude of the low-frequency control signal by implementing the specified ratios of the modules and the phase differences of the transfer function of the multifunction device in two states, determined by two values of the amplitude of the low-frequency signal, on a given second frequency range due to the choice of optimal frequency characteristics of the four-terminal parameters from the condition of physical the feasibility of these operations in accordance with the following mathematical expressions:

a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи четырехполюсника; α, β, γ - оптимальные частотные зависимости отношений соответствующих элементов классической матрицы передачи четырехполюсника в обоих режимах; а - оптимальная частотная зависимость соответствующего элемента классической матрицы передачи четырехполюсника в обоих режимах; r₀, x₀ - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления комплексного двухполюсника в первом диапазоне изменения частоты в режиме частотной модуляции, имитирующего сопротивление источника высокочастотных сигналов, возникающих в момент включения источника постоянного напряжения; r_н, x_н - заданная частотная зависимость действительной и оптимальная частотная зависимость мнимой составляющих сопротивления нагрузки в первом диапазоне изменения частоты в режиме частотной модуляции; r, x - заданные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления двухполюсного нелинейного элемента от частоты в первом диапазоне изменения частоты и амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в режиме частотной модуляции; r_0a,x_0a - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления комплексного двухполюсника во втором диапазоне изменения частоты в режиме амплитудной и фазовой модуляции, совпадающего с сопротивлением источника высокочастотного гармонического сигнала; r_нa, x_нa - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления нагрузки во втором диапазоне изменения частоты в режиме амплитудной и фазовой модуляции; r_1,2, x_1,2 - заданные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления двухполюсного нелинейного элемента в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, от частоты во втором диапазоне изменения частоты в режиме амплитудной и фазовой модуляции; m₂₁, φ₂₁ - заданные частотные зависимости отношения модулей и разности фаз передаточных функций в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, во втором диапазоне изменения частоты в режиме амплитудной и фазовой модуляции; остальные обозначения имеют смысл промежуточных обозначений в интересах упрощения математических выражений.a, b, c, d - elements of the classical quadrupole transmission matrix; α, β, γ are the optimal frequency dependences of the relations of the corresponding elements of the classical quadrupole transmission matrix in both modes; a is the optimal frequency dependence of the corresponding element of the classical transmission matrix of the four-terminal network in both modes; r ₀ , x ₀ are the given frequency dependences of the real and imaginary components of the resistance of a complex two-terminal network in the first frequency range in a frequency modulation mode that simulates the resistance of a source of high-frequency signals that occur when the DC voltage source is turned on; r _n , x _n - the given frequency dependence of the real and the optimal frequency dependence of the imaginary components of the load resistance in the first frequency range in the frequency modulation mode; r, x are the given dependences of the real and imaginary components of the resistance of a bipolar nonlinear element on frequency in the first range of the frequency and amplitude of the low-frequency control signal in the frequency modulation mode; r _0a , x _0a — given frequency dependences of the real and imaginary components of the resistance of a complex two-terminal device in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode, which coincides with the resistance of the source of a high-frequency harmonic signal; r _na , x _na are the given frequency dependences of the real and imaginary components of the load resistance in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode; r _1,2 , x _1,2 are the given dependences of the real and imaginary components of the resistance of a bipolar nonlinear element in two states, determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal, on the frequency in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode; m ₂₁ , φ ₂₁ are the given frequency dependences of the ratio of the modules and the phase difference of the transfer functions in two states determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode; the remaining notation has the meaning of intermediate notation in the interests of simplifying mathematical expressions.

2. Указанный результат достигается тем, что в многофункциональном устройстве амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотного сигнала, состоящем из источника постоянного напряжения, двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, реактивного четырехполюсника, нагрузки и источника низкочастотного управляющего сигнала, дополнительно к входу четырехполюсника и к двухполюсному нелинейному элементу, включенному перед четырехполюсником в продольному цепь, подключен комплексный двухполюсник в поперечную цепь, источник низкочастотного управляющего сигнала подключен к двухполюсному нелинейному элементу, мнимая составляющая сопротивления нагрузки реализована последовательным колебательным контуром с параметрами L₁, C₁, параллельно соединенным с емкостью С₀, реактивный четырехполюсник выполнен в виде Т-образного соединения трех двухполюсников, выполненных в виде двух последовательно соединенных параллельных контуров из элементов с параметрами L_1k, C_1k, L_2k, C_2k, значения указанных параметров определены в соответствии со следующими математическими выражениями:2. The specified result is achieved by the fact that in a multifunctional device of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source, a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, a four-terminal reactive load and a low-frequency control signal source, in addition to the four-terminal input and a bipolar nonlinear element, connected in front of the four-terminal in the longitudinal circuit, is connected to a complex bipolar a nickel in the transverse circuit, the source of the low-frequency control signal is connected to a bipolar nonlinear element, the imaginary component of the load resistance is implemented by a series oscillatory circuit with parameters L ₁ , C ₁ parallel to capacitance C ₀ , the reactive four-terminal is made in the form of a T-shaped connection of three two-terminal, made in the form of two series-connected parallel circuit of elements with parameters _{_{_{L 1k, C 1k, L 2k}}} , C 2k, the values of these parameters are determined in accordance on the following mathematical expressions:

a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи четырехполюсника; α, β, γ - оптимальные значения отношений соответствующих элементов классической матрицы передачи четырехполюсника в обоих режимах на заданных четырех частотах ω_n=2πf_n; n=1,2,3,4 - номер частоты; а - оптимальные значения соответствующего элемента классической матрицы передачи четырехполюсника в обоих режимах на заданных четырех частотах; r_0n, x_0n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления комплексного двухполюсника в первом диапазоне изменения частоты на заданных первых трех частотах в режиме частотной модуляции, имитирующего сопротивление источника высокочастотных сигналов, возникающих в момент включения источника постоянного напряжения; r_нn, x_нn - заданные значения действительной и оптимальные значения мнимой составляющих сопротивления нагрузки на заданных первых трех частотах в режиме частотной модуляции; r_n, x_n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления двухполюсного нелинейного элемента на заданных первых трех частотах и соответствующих трех значениях амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в режиме частотной модуляции; r_0an, x0_an -заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления комплексного двухполюсника на заданной четвертой частоте в режиме амплитудной и фазовой модуляции, совпадающего с сопротивлением источника высокочастотного гармонического сигнала; r_нan, x_нan ^- заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления нагрузки на заданной четвертой частоте в режиме амплитудной и фазовой модуляции; r_1n,2n, x_1n,2n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления двухполюсного нелинейного элемента в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, на заданной четвертой частоте в режиме амплитудной и фазовой модуляции; m_21n, φ_21n - заданные значения отношения модулей и разности фаз передаточных функций в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, на заданной четвертой частоте в режиме амплитудной и фазовой модуляции; x_1n, x_2n, x_3n - оптимальные значения сопротивлений двухполюсников Т-образного соединения трех двухполюсников на заданных четырех частотах; k=1, 2, 3 - номера двухполюсников Т-образного соединения; остальные обозначения имеют смысл промежуточных обозначений в интересах упрощения математических выражений.a, b, c, d - elements of the classical quadrupole transmission matrix; α, β, γ are the optimal values of the ratios of the corresponding elements of the classical four-terminal transmission matrix in both modes at the given four frequencies ω _n = 2πf _n ; n = 1,2,3,4 - frequency number; a - the optimal values of the corresponding element of the classical transmission matrix of the four-port network in both modes at the specified four frequencies; r _0n , x _0n are the set values of the real and imaginary components of the resistance of the complex two-pole network in the first frequency range at the given first three frequencies in the frequency modulation mode that simulates the resistance of the source of high-frequency signals that occur when the DC voltage source is turned on; r _nn , x _nn - set values of the real and optimal values of the imaginary components of the load resistance at the given first three frequencies in the frequency modulation mode; r _n , x _n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the bipolar nonlinear element at the given first three frequencies and the corresponding three values of the amplitude of the low-frequency control signal in the frequency modulation mode; r _0an , x0 _{an are the} set values of the real and imaginary components of the resistance of the complex two-terminal network at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode, which coincides with the resistance of the source of a high-frequency harmonic signal; r _нan , x _нan ^- set values of the real and imaginary components of the load resistance at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode; r _{1n, 2n} , x _{1n, 2n} - set values of the real and imaginary components of the resistance of a bipolar nonlinear element in two states, determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal, at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode; m _21n , φ _21n are the set values of the ratio of the modules and the phase difference of the transfer functions in two states determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode; x _1n , x _2n , x _3n - the optimal values of the resistance of the two-terminal T-shaped connection of three two-terminal at a given four frequencies; k = 1, 2, 3 - numbers of two-terminal T-shaped connection; the remaining notation has the meaning of intermediate notation in the interests of simplifying mathematical expressions.

На фиг.1 показана схема многофункционального устройства амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.Figure 1 shows a diagram of a multifunctional device for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals (prototype) that implements the prototype method.

На фиг.2 показана структурная схема предлагаемого многофункционального устройства амплитудной, фазовой и частотной модуляции высокочастотных сигналов по п.2., реализующая предлагаемый способ по п.1.Figure 2 shows the structural diagram of the proposed multifunctional device of the amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals according to claim 2., Which implements the proposed method according to claim 1.

На фиг.3 приведена схема четырехполюсника в виде Т-образного звена, входящего в предлагаемое устройство, схема которого представлена на фиг.2.Figure 3 shows a diagram of a four-terminal network in the form of a T-link included in the proposed device, a diagram of which is presented in figure 2.

На фиг.4 приведена схема первого, второго и третьего реактивных двухполюсников, входящих в четырехполюсник, схема которого представлена на фиг.3.Figure 4 shows a diagram of the first, second and third reactive bipolar included in the four-terminal, a diagram of which is presented in figure 3.

На фиг.5 приведена схема формирования двухполюсника, характеризующего мнимую составляющую сопротивления нагрузки.Figure 5 shows a diagram of the formation of a two-terminal, characterizing the imaginary component of the load resistance.

Устройство-прототип (Фиг.1), реализующее способ-прототип, содержит нелинейный элемент-1 с отрицательным дифференциальным сопротивлением, подключенный к источнику напряжения-2 с малым внутренним сопротивлением, согласующе-фильтрующее устройство-3 (реактивный четырехполюсник), нагрузку в виде колебательный контура на элементах L-4, R-5, C(t)-6. Управляемая емкость C(t), реализуемая варикапом -6, подключена к источнику низкочастотного управляющего (информационного) сигнала-7. Принцип действия устройства генерации и модуляции высокочастотных сигналов (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.The prototype device (Figure 1), which implements the prototype method, contains a non-linear element-1 with negative differential resistance, connected to a voltage source-2 with low internal resistance, matching filtering device-3 (reactive four-terminal), the load is in the form of an oscillatory contour on the elements L-4, R-5, C (t) -6. The controlled capacitance C (t) realized by the varicap -6 is connected to the source of the low-frequency control (information) signal-7. The principle of operation of the device for generating and modulating high-frequency signals (prototype) that implements the prototype method is as follows.

При включении источника постоянного напряжения-(2) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию внутренней обратной связи, в двухполюсном нелинейном элементе, например туннельном диоде-1, на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника-3 компенсирует потери в контуре L-4, R-5, C(t)-6. Благодаря этому, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим. В этом режиме изменение емкости варикапа С(t)-6 под действием управляющего сигнала источника-7 приводит к изменению частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды этого сигнала в первом диапазоне изменения частоты. Это режим частотной модуляции. В режиме амплитудной и фазовой модуляции в другом диапазоне изменения частоты амплитуда и фаза выходного высокочастотного сигнала изменяется под действием низкочастотного управляющего сигнала в общем случае по неконтролируемому закону.When you turn on the DC voltage source (2), due to the abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback, in a bipolar nonlinear element, for example, tunnel diode-1, a negative differential resistance arises in the section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal-3, compensates for losses in the circuit L-4, R- 5, C (t) -6. Due to this, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is amplified until the amplitude of this oscillation increases to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode. In this mode, a change in the capacitance of varicap C (t) -6 under the action of the control signal of source-7 leads to a change in the frequency of the generated signal according to the law of the amplitude of this signal in the first frequency range. This is the frequency modulation mode. In the amplitude and phase modulation mode in a different frequency range, the amplitude and phase of the output high-frequency signal changes under the influence of the low-frequency control signal in the general case according to an uncontrolled law.

Остальные недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше.The remaining disadvantages of the prototype method and device for its implementation are described above.

Предлагаемое устройство по п.2 (фиг.2), реализующее предлагаемый способ по п.1, содержит нелинейный элемент-1 с отрицательным дифференциальным сопротивлением z_n=r_n+jx_n на заданной несущей частоте, подключенный к источнику низкочастотного управляющего напряжения с постоянной составляющей-9 с малым внутренним сопротивлением и включенный по высокой частоте в продольную цепь перед входом четырехполюсника (согласующе-фильтрующего устройства (СФУ))-3. К выходу четырехполюсника подключена нагрузка-10 с сопротивлением z_нn=r_нn+jx_нn на заданных частотах. Четырехполюсник-3 выполнен в виде Т-образного соединения трех двухполюсников (Фиг.3) с сопротивлениями x_1n-11, x_2n-12, x_3n-13. К входу четырехполюсника-3 подключен комплексный двухполюсник-8 с сопротивлением z_0n=r_0n+jx_0n на заданных трех частотах, имитирующим в режиме частотной модуляции сопротивление источника высокочастотных колебаний (при анализе и синтезе вместо источника высокочастотного сигнала необходимо учитывать короткозамыкающую перемычку), возникающих при включении источника низкочастотного управляющего напряжения с постоянной составляющей-9 в момент скачкообразного изменения амплитуды его напряжения и сопротивление источника входного высокочастотного сигнала в режиме амплитудной и фазовой модуляции z_0an=r_0an+jx_0an на четвертой частоте. Мнимая составляющая сопротивления нагрузки сформирована двухполюсником из последовательного колебательного контура, параллельно соединенного с емкостью. Синтез этого двухполюсника осуществлен по критерию обеспечения всех режимов с помощью одного устройства (см. ниже). Синтез четырехполюсника (выбор значений сопротивлений - 11, 12. 13 первого, второго и третьего двухполюсников Т-образного соединения (Фиг.3) на четырех заданных частотах (n=1, 2, 3, 4 - номер частоты) и схемы формирования этих двухполюсников из последовательно соединенных двух параллельных контуров (Фиг.4) и значений параметров контуров) осуществлен по критерию обеспечения баланса амплитуд и баланса фаз путем реализации равенства нулю знаменателя коэффициента передачи устройства многофункционального устройства в режиме частотной демодуляции на первых трех из четырех частотах заданного диапазона изменения частоты генерируемого сигнала и трех значениях амплитуды низкочастотного управляющего сигнала соответственно и по критерию обеспечения заданных отношений модулей и разностей фаз передаточной функции на четвертой (несущей) частоте входного высокочастотного гармонического сигнала и двух значениях амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в режиме амплитудной и фазовой модуляции.The proposed device according to claim 2 (figure 2), which implements the proposed method according to claim 1, contains a non-linear element-1 with negative differential resistance z _n = r _n + jx _n at a given carrier frequency, connected to a source of low-frequency control voltage with a constant component-9 with low internal resistance and included at a high frequency in the longitudinal circuit in front of the input of the four-terminal network (matching filtering device (SFU)) - 3. A load of 10 with a resistance of z _nn = r _nn + jx _nn at given frequencies is connected to the output of the four-terminal network. Four-terminal-3 is made in the form of a T-shaped connection of three two-terminal (Fig. 3) with resistances x _1n -11, x _2n -12, x _3n -13. A complex two-terminal-8 with resistance z _0n = r _0n + jx _{0n is} connected to the input of four-terminal-3 at given three frequencies, simulating the resistance of a source of high-frequency oscillations in the frequency modulation mode (when analyzing and synthesizing a short-circuit jumper instead of a high-frequency signal source), arising when you turn on the source of low-frequency control voltage with a constant component of-9 at the time of an abrupt change in the amplitude of its voltage and the resistance of the input source total signal in the amplitude and phase modulation mode z _0an = r _0an + jx _0an at the fourth frequency. The imaginary component of the load resistance is formed by a bipolar from a series oscillatory circuit connected in parallel with the capacitance. The synthesis of this two-terminal device was carried out according to the criterion of ensuring all modes using a single device (see below). The synthesis of a four-terminal network (the choice of resistance values is 11, 12. 13 of the first, second, and third two-terminal networks of a T-shaped connection (Figure 3) at four given frequencies (n = 1, 2, 3, 4 is the frequency number) and the schemes for the formation of these two-terminal networks of two parallel parallel circuits connected in series (Figure 4) and the values of the circuit parameters), the criterion was used to ensure the balance of amplitudes and phase balance by realizing that the denominator of the transmission coefficient of the multifunction device in frequency demodulation mode is zero the first three of the four frequencies of a given range of variation of the frequency of the generated signal and the three values of the amplitude of the low-frequency control signal, respectively, and according to the criterion of ensuring the given relations of modules and phase differences of the transfer function at the fourth (carrier) frequency of the input high-frequency harmonic signal and two values of the amplitude of the low-frequency control signal in the mode amplitude and phase modulation.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. В режиме частотной модуляции при включении источника низкочастотного управляющего напряжения с постоянной составляющей-9 в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию внутренней обратной связи, в двухполюсном нелинейном элементе, например туннельном диоде-1, на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу синтеза четырехполюсника-3 по заданному критерию компенсирует потери во всей цепи. Амплитуда колебания с заданной частотой усиливается до определенного уровня и затем ограничивается. Синтез четырехполюсника-3 осуществлен по критерию совпадения реальных частотных зависимостей сопротивлений первого-11 и второго-12 двухполюсников на четырех частотах с оптимальными характеристиками, обеспечивающими изменение частоты генерируемого сигнала по закону, соответствующему закону изменения амплитуды переменной составляющей сигнала (низкочастотного управляющего сигнала) источника-9. Благодаря этому, колебание с заданной несущей частотой усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим. В этом режиме изменение действительной и мнимой составляющих сопротивления нелинейного элемента-1 под действием переменной составляющей сигнала источника-9. приводит к изменению частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды этого сигнала. Источник-9 может быть заменен двумя источниками- источником постоянного напряжения и источником низкочастотного управляющего сигнала. В режиме амплитудной и фазовой модуляции обеспечены заданные отношения модулей и разностей фаз передаточной функции на двух значениях амплитуды низкочастотного управляющего сигнала и на несущей частоте входного высокочастотного гармонического сигнала. Непрерывное изменение амплитуды низкочастотного управляющего сигнала от одного состояния до другого обеспечивает модуляцию амплитуды и фазы выходного высокочастотного гармонического сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала на несущей частоте. Докажем возможность реализации указанных свойств.The proposed device operates as follows. In the frequency modulation mode, when the low-frequency control voltage source with a constant component of 9 is turned on, oscillations occur over the entire circuit due to the abrupt change in the amplitude, the spectrum of which occupies the entire frequency radio frequency range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback, in a bipolar nonlinear element, for example, tunnel diode-1, a negative differential resistance arises in the section with a falling current-voltage characteristic, which, due to the synthesis of four-terminal-3 by a given criterion, compensates for losses in the entire circuit. The amplitude of the oscillation with a given frequency is amplified to a certain level and then limited. The synthesis of four-terminal-3 was carried out according to the criterion for the coincidence of the real frequency dependences of the resistances of the first-11 and second-12 two-terminal at four frequencies with optimal characteristics that provide a change in the frequency of the generated signal according to the law corresponding to the law of change in the amplitude of the variable component of the signal (low-frequency control signal) of source-9 . Due to this, the oscillation with a given carrier frequency is amplified until the amplitude of this oscillation increases to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode. In this mode, the change in the real and imaginary components of the resistance of the nonlinear element-1 under the action of the variable component of the signal source-9. leads to a change in the frequency of the generated signal according to the law of change in the amplitude of this signal. Source-9 can be replaced by two sources - a source of constant voltage and a source of low-frequency control signal. In the amplitude and phase modulation mode, the specified ratios of the modules and the phase differences of the transfer function are provided at two values of the amplitude of the low-frequency control signal and at the carrier frequency of the input high-frequency harmonic signal. A continuous change in the amplitude of the low-frequency control signal from one state to another provides modulation of the amplitude and phase of the output high-frequency harmonic signal according to the law of change in the amplitude of the low-frequency control signal at the carrier frequency. Let us prove the feasibility of implementing these properties.

Пусть в режиме частотной модуляции известны зависимости сопротивления воображаемого источника сигнала Z₀=r₀+jx₀, нагрузки Z_н=r_н+x_н, и сопротивления нелинейного элемента Z=r+jx от частоты. Кроме того, известны зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления нелинейного элемента от амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. Таким образом, каждому заданному значению амплитуды низкочастотного сигнала соответствует определенное значение действительной и мнимой составляющих проводимости нелинейного элемента на заданной частоте. Для простоты записи аргументы ω=2πf (круговая частота) и U, I (напряжение или ток амплитуды низкочастотного сигнала) опущены.Suppose that, in the frequency modulation mode, the dependences of the resistance of an imaginary signal source Z ₀ = r ₀ + jx ₀ , the load Z _n = r _n + x _n , and the resistance of a nonlinear element Z = r + jx on frequency are known. In addition, the dependences of the real and imaginary components of the resistance of a nonlinear element on the amplitude of the low-frequency control signal are known. Thus, each given value of the amplitude of the low-frequency signal corresponds to a certain value of the real and imaginary components of the conductivity of the nonlinear element at a given frequency. For simplicity of writing, the arguments ω = 2πf (circular frequency) and U, I (voltage or current amplitude of the low-frequency signal) are omitted.

Нелинейный элемент характеризуется следующей матрицей передачи:A nonlinear element is characterized by the following transfer matrix:

$A_{н э} = [\begin{matrix} 1 & z \\ 0 & 1 \end{matrix}] . (1)$

A_{n uh} = [\begin{matrix} one & z \\ 0 & one \end{matrix}] . (one)

С учетом условия взаимности (x₁₂=-x₂₁) СФУ может характеризоваться матрицей сопротивленияTaking into account the reciprocity condition (x ₁₂ = -x ₂₁ ), the SFU can be characterized by a resistance matrix

$X = [\begin{matrix} j x_{11} & - j x_{21} \\ j x_{21} & j x_{22} \end{matrix}] (2)$

X = [\begin{matrix} j x_{eleven} & - j x_{21} \\ j x_{21} & j x_{22} \end{matrix}] (2)

и соответствующей классической матрицей передачи:and the corresponding classical transfer matrix:

$A_{с ф у} = [\begin{matrix} \frac{x_{11}}{x_{21}} & j \frac{| x |}{x_{21}} \\ - j \frac{1}{x_{21}} & - \frac{x_{22}}{x_{21}} \end{matrix}], (3)$

A_{from f at} = [\begin{matrix} \frac{x_{eleven}}{x_{21}} & j \frac{| x |}{x_{21}} \\ - j \frac{one}{x_{21}} & - \frac{x_{22}}{x_{21}} \end{matrix}], (3)

где |x|=-x₁₁x₂₂-x₂₁ ² - определитель матрицы (2).where | x | = -x ₁₁ x ₂₂ -x ₂₁ ² is the determinant of matrix (2).

Умножим матрицу передачи нелинейного элемента на матрицу передачи реактивного четырехполюсника. С учетом Z₀, Z_н [:Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. с.34-36] получим выражение для нормированной классической матрицы передачи многофункционального устройства в режиме частотной модуляции:Multiply the transfer matrix of the nonlinear element by the transfer matrix of the reactive four-port network. Given Z ₀ , Z _n [: Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M .: Communication, 1971. p. 34-36] we obtain the expression for the normalized classical transmission matrix of a multifunction device in the frequency modulation mode:

$A = - \frac{x {}_{22}}{x_{21}} [\begin{matrix} \sqrt{\frac{Z_{Н}}{Z_{0}}} (- \frac{x_{11}}{x_{22}} + j \frac{Z}{X_{22}}) & \frac{1}{\sqrt{Z_{0} Z_{Н}}} (Z - j \frac{| x |}{x_{22}}) \\ j \sqrt{Z_{0} Z_{Н}} \frac{1}{X_{22}} & \sqrt{\frac{Z_{0}}{Z_{Н}}} \end{matrix}] . (4)$

A = - \frac{x {}_{22}}{x_{21}} [\begin{matrix} \sqrt{\frac{Z_{N}}{Z_{0}}} (- \frac{x_{eleven}}{x_{22}} + j \frac{Z}{X_{22}}) & \frac{one}{\sqrt{Z_{0} Z_{N}}} (Z - j \frac{| x |}{x_{22}}) \\ j \sqrt{Z_{0} Z_{N}} \frac{one}{X_{22}} & \sqrt{\frac{Z_{0}}{Z_{N}}} \end{matrix}] . (four)

Используя известные соотношения между элементами матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния, получим выражение для коэффициента передачи многофункционального устройства в режиме усиления (первый этап генерации)::Using the known relations between the elements of the transmission matrix and the elements of the scattering matrix, we obtain the expression for the transmission coefficient of the multifunction device in the amplification mode (the first generation stage):

$S_{21} = \frac{2 x_{21} \sqrt{Z_{0} Z_{Н}}}{(x_{11} - j Z) Z_{Н} - Z_{0} (x_{22} - j Z_{Н}) + j | x | - Z x_{22}} . (5)$

S_{21} = \frac{2 x_{21} \sqrt{Z_{0} Z_{N}}}{(x_{eleven} - j Z) Z_{N} - Z_{0} (x_{22} - j Z_{N}) + j | x | - Z x_{22}} . (5)

Физически реализуемая передаточная функция связана с коэффициентом передачи простым соотношением: $H = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{z_{н}}{z_{0}}} S_{21}$

.A physically realized transfer function is related to the transfer coefficient by a simple relation:

H = \frac{one}{2} \sqrt{\frac{z_{n}}{z_{0}}} S_{21}

.

Условие обеспечения стационарного режима генерации (условие баланса амплитуд и баланса фаз) соответствует равенству нулю знаменателя коэффициента передачи (5). После разделения комплексного уравнения, сформированного из этого равенства, на действительную и мнимую части, получим систему двух уравнений:The condition for ensuring the stationary generation mode (the condition of the balance of amplitudes and phase balance) corresponds to the equality of the denominator of the transmission coefficient to zero (5). After dividing the complex equation formed from this equality into real and imaginary parts, we get a system of two equations:

$(x_{11} - x) r_{н} - (r_{0} + r) (x_{22} - x_{н}) + x_{0} r_{н} = 0; - r_{н} (r_{0} + r) - (x_{0} + x) (x_{22} - x_{н}) + | x | + x_{11} x_{н} = 0. (6)$

(x_{eleven} - x) r_{n} - (r_{0} + r) (x_{22} - x_{n}) + x_{0} r_{n} = 0; - r_{n} (r_{0} + r) - (x_{0} + x) (x_{22} - x_{n}) + | x | + x_{eleven} x_{n} = 0. (6)

Решение системы (6) имеет вид взаимосвязей между элементами матрицы сопротивлений четырехполюсника:The solution to system (6) has the form of interconnections between the elements of the quadrupole resistance matrix:

$x_{22} = D x_{11} + E + x_{н}; x_{21} = \pm \sqrt{- D x_{11}^{2} - 2 E x_{11} + F}, (7)$

x_{22} = D x_{eleven} + E + x_{n}; x_{21} = \pm \sqrt{- D x_{eleven}^{2} - 2 E x_{eleven} + F}, (7)

где $D = \frac{r_{н}}{r_{0} + r};$

E = \frac{r_{н} (x_{0} + x)}{r_{0} + r};

F = \frac{- r_{н} [{(r_{0} + r)}^{2} + {(x_{0} + x)}^{2}]}{r_{0} + r} .

Where

D = \frac{r_{n}}{r_{0} + r};

E = \frac{r_{n} (x_{0} + x)}{r_{0} + r};

F = \frac{- r_{n} [{(r_{0} + r)}^{2} + {(x_{0} + x)}^{2}]}{r_{0} + r} .

Пользуясь известными соотношениями между элементами матрицы сопротивлений и элементами классической матрицы передачи запишем взаимосвязи (7) в терминах элементов классической матрицы передачи:Using the well-known relations between the elements of the resistance matrix and the elements of the classical transmission matrix, we write the relationships (7) in terms of the elements of the classical transmission matrix:

$α = (x_{н} + E) γ - D; β = F γ + E - x_{н}, (8)$

α = (x_{n} + E) γ - D; β = F γ + E - x_{n}, (8)

где $α = \frac{d}{a};$

β = \frac{b}{a};

γ = \frac{c}{a};

a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи СФУ.Where

α = \frac{d}{a};

β = \frac{b}{a};

γ = \frac{c}{a};

a, b, c, d - elements of the classical transmission matrix of SFU.

Полученные взаимосвязи (8) с учетом заданных частотных зависимостей r₀, x₀, r_н, x_н, r, x являются оптимальными аппроксимирующими функциями частотных зависимостей соответствующих отношений элементов классической матрицы передачи СФУ по критерию обеспечения частотной модуляции.The obtained relationships (8), taking into account the given frequency dependences r ₀ , x ₀ , r _n , x _n , r, x, are optimal approximating functions of the frequency dependences of the corresponding ratios of the elements of the classical SFU transmission matrix according to the criterion for ensuring frequency modulation.

Пусть в режиме амплитудной и фазовой модуляции известны зависимости сопротивления источника высокочастотного гармонического сигнала z_0a=r_0a+jx_0a, нагрузки z_нa=r_aн+jx_нa и управляемого нелинейного элемента z_1,2=r_1,2+jx_1,2 B двух состояниях, определяемых двумя уровнями управляющего воздействия, от частоты. Полоса частот в этом режиме отличается от полосы частот в режиме частотной модуляции.Let the amplitude and phase modulation mode known source of resistance depending high harmonic signal _0a z = r + jx _0a _0a, load _nA z = r + jx _{the An} _nA and driven nonlinear element is _1.2 z = r + jx _1.2 _1.2 In two states defined by two levels of control action, from frequency. The frequency band in this mode is different from the frequency band in the frequency modulation mode.

Требуется определить частотные характеристики параметров СФУ и двухполюсников, формирующих четырехполюсник, минимальное количество элементов и значения параметров схемы согласуще-фильтрующего устройства (СФУ) на реактивных элементах, при которых переключение управляемого элемента из одного состояния в другое однозначно приводило бы к изменению модуля и фазы коэффициента передачи по следующему закону:It is required to determine the frequency characteristics of the SFU and two-terminal parameters forming the four-terminal network, the minimum number of elements and the values of the parameters of the matching filtering device (SFU) on the reactive elements, in which the switching of the controlled element from one state to another would unambiguously lead to a change in the module and phase of the transfer coefficient according to the following law:

требуемые частотные зависимости отношения модулей, разности фаз коэффициентов передачи $S_{21}^{I}$

,

S_{21}^{I I}

в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, коэффициента амплитудной модуляции и девиации фазы. При m₂₁=1 имеем чисто фазовую модуляцию, а при φ₂₁=0 -амплитудную.required frequency dependencies of the ratio of modules, phase difference of transmission coefficients

S_{21}^{I}

,

S_{21}^{I I}

in two states of a controlled nonlinear element, amplitude modulation coefficient and phase deviation. For m ₂₁ = 1, we have pure phase modulation, and for φ ₂₁ = 0 it is amplitude modulation.

С учетом условия взаимности (x₁₂=-x₂₁) СФУ может характеризоваться матрицей сопротивления (2) и соответствующей классической матрицей передачи (3).Taking into account the reciprocity condition (x ₁₂ = -x ₂₁ ), the SFU can be characterized by the resistance matrix (2) and the corresponding classical transmission matrix (3).

Управляемый нелинейный элемент в двух состояниях характеризуется следующей матрицей передачи.A controlled nonlinear element in two states is characterized by the following transfer matrix.

$A_{у э}^{1,2} = [\begin{matrix} 1 & Z_{1,2} \\ 0 & 1 \end{matrix}] . (10)$

A_{at uh}^{1,2} = [\begin{matrix} one & Z_{1,2} \\ 0 & one \end{matrix}] . (10)

Используя подход, предложенный при решении первой задачи, получим выражение для нормированной классической матрицы передачи многофункционального устройства в режиме амплитудной и фазовой модуляции:Using the approach proposed in solving the first problem, we obtain the expression for the normalized classical transmission matrix of a multifunctional device in the amplitude and phase modulation mode:

$A = - \frac{x {}_{22}}{x_{21}} [\begin{matrix} \sqrt{\frac{Z_{Н}}{Z_{0}}} (- \frac{x_{11}}{x_{22}} + j \frac{Z_{1,2}}{X_{22}}) & \frac{1}{\sqrt{Z_{0} Z_{Н}}} (Z_{1,2} - j \frac{| x |}{x_{22}}) \\ j \sqrt{Z_{0} Z_{Н}} \frac{1}{X_{22}} & \sqrt{\frac{Z_{0}}{Z_{Н}}} \end{matrix}] . (11)$

A = - \frac{x {}_{22}}{x_{21}} [\begin{matrix} \sqrt{\frac{Z_{N}}{Z_{0}}} (- \frac{x_{eleven}}{x_{22}} + j Z \frac{_{1,2}}{X_{22}}) & \frac{one}{\sqrt{Z_{0} Z_{N}}} (Z_{1,2} - j \frac{| x |}{x_{22}}) \\ j \sqrt{Z_{0} Z_{N}} \frac{one}{X_{22}} & \sqrt{\frac{Z_{0}}{Z_{N}}} \end{matrix}] . (eleven)

где x₁₁, x₂₁, x₂₂ - элементы матрицы СФУ (2).where x ₁₁ , x ₂₁ , x ₂₂ are the elements of the SFU matrix (2).

Используя известные соотношения между элементами матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния, получим выражения для коэффициентов передачи многофункционального устройства в режиме амплитудной и фазовой модуляции в двух состояниях:Using the known relations between the elements of the transmission matrix and the elements of the scattering matrix, we obtain expressions for the transmission coefficients of the multifunction device in the amplitude and phase modulation mode in two states:

Взаимосвязи (14) являются также оптимальными по критерию (9) аппроксимирующими функциями частотных зависимостей этих элементов. Для того, чтобы одно и тоже устройство выполняло функции амплитудного, фазового и частотного модулятора, достаточно, чтобы оптимальные взаимосвязи (8) и (14) были попарно равны (решения, полученные для режима частотной модуляции и для режима амплитудной и фазовой модуляции, сшиваются). Из этих равенств и условия физической реализуемости (условия взаимности (α+βγ)a²=1) следуют ограничения на частотные характеристики еще двух элементов классической матрицы передачи и мнимой составляющей сопротивления нагрузки:Relations (14) are also approximating functions of the frequency dependences of these elements by criterion (9). In order for the same device to perform the functions of an amplitude, phase, and frequency modulator, it is sufficient that the optimal relationships (8) and (14) are pairwise equal (the solutions obtained for the frequency modulation mode and for the amplitude and phase modulation mode are stitched together) . From these equalities and conditions of physical realizability (reciprocity conditions (α + βγ) a ² = 1), restrictions on the frequency characteristics of two more elements of the classical transmission matrix and the imaginary component of the load resistance follow:

$γ \frac{E - E_{a} + x_{н a} - x_{н}}{F_{a} - F} = \frac{D_{a} - D}{E_{a} - E + x_{н a} - x_{н}};$

a = \frac{1}{\pm \sqrt{α + β γ}};

γ \frac{E - E_{a} + x_{n a} - x_{n}}{F_{a} - F} = \frac{D_{a} - D}{E_{a} - E + x_{n a} - x_{n}};

a = \frac{one}{\pm \sqrt{α + β γ}};

Взаимосвязи (8), (15) или (14), (15) кроме того, означают, что для реализации аппроксимирующих функций необходимо, чтобы СФУ содержало не менее трех независимых двухполюсников, частотные зависимости сопротивлений которых должны быть определены из решения систем трех уравнений, сформированных на основе взаимосвязей (8), (15) или (14), (15). Для этого необходимо взять пробную типовую схему СФУ, найти матрицу передачи этой схемы и найденные таким образом элементы α, β, γ (элемент а в силу условия взаимности является зависимым), выраженные через параметры схемы, подставить в (8), (15) или (14), (15) и решить сформированную систему трех уравнений относительно сопротивлений выбранных трех двухполюсников. Частотные характеристики остальных параметров r₀, r_н, x_н, r, x, r_0a, x_0a, r_нa, x_нa, r_1,2, x_1,2 и оставшихся двухполюсников СФУ (если число двухполюсников больше трех) могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений.Relationships (8), (15) or (14), (15) in addition, mean that for the implementation of the approximating functions it is necessary that the SFU contain at least three independent two-terminal networks, the frequency dependences of the resistances of which should be determined from the solution of the systems of three equations, formed on the basis of relationships (8), (15) or (14), (15). For this, it is necessary to take a test model scheme of SFU, find the transfer matrix of this scheme and the elements α, β, γ found in this way (element a is dependent on the reciprocity condition) expressed in terms of the parameters of the scheme, substitute in (8), (15) or (14), (15) and solve the formed system of three equations with respect to the resistances of the selected three two-terminal networks. The frequency characteristics of the other parameters r _0, r _n, x _n, r, x, r _0a, x _0a, r _nA, x _nA, r _1.2, x _1.2, and the remaining two-terminal SibFU (if the number of two-poles greater than three) may be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations.

В соответствии с изложенным алгоритмом получены выражения для отыскания оптимальных аппроксимаций частотных зависимостей сопротивлений первого, второго и третьего двухполюсников СФУ в виде Т-образного соединения трех реактивных двухполюсников:In accordance with the above algorithm, expressions are obtained for finding optimal approximations of the frequency dependences of the resistances of the first, second, and third two-terminal SFUs in the form of a T-shaped connection of three reactive two-terminal devices:

$x_{1 n} = \frac{Q - 1}{γ}$

;

x_{2 n} = \frac{- Q}{γ}

;

x_{3 n} = \frac{Q - α}{γ}, (15)

x_{one n} = \frac{Q - one}{γ}

;

x_{2 n} = \frac{- Q}{γ}

;

x_{3 n} = \frac{Q - α}{γ}, (fifteen)

где n=1,2… - номера частот интерполяции. Подкоренное выражение в (15) всегда положительно. Индекс n необходимо ввести и в остальные заданные и расчетные величины r_0n, r_нn, x_нn, r_n,x_n, r_0an, x_0an, r_нan, x_нan, r_1n,2_n, x_1n,_2n, x_0n и другие.where n = 1,2 ... are the numbers of the interpolation frequencies. The radical expression in (15) is always positive. Index n must also be entered into the remaining specified and calculated quantities r_0n, r_nn, x_nn, r_n,x_n, r_0an, x_0an, r_nan, x_nan, r_1n, 2_n, x_1n,_2n, x_0n and others.

Для обеспечения совпадения оптимальных частотных зависимостей (15) с реальными частотными характеристиками необходимо сформировать двухполюсники с сопротивлениями x_1n, x_2n, x_3n из не менее, чем N (числа частот интерполяции) реактивных элементов, найти выражения для их сопротивлений, приравнять их оптимальным значениям сопротивлений двухполюсников на заданных частотах, определенным по формулам (15) и решить сформированную таким образом систему N уравнений относительно N выбранных параметров реактивных элементов. Это метод интерполяции. Значения параметров остальных элементов могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений, например, из условия физической реализуемости. Пусть каждый из двухполюсников с сопротивлениями x_1n, x_2n, x_3n сформирован из двух последовательно соединенных параллельных контуров L_1k, C_1k, L_2k, C_2k (k=1, 2, 3 - номер двухполюсника (фиг.4)). Для N=4 составим три системы четырех уравнений:To ensure that the optimal frequency dependences (15) coincide with the real frequency characteristics, it is necessary to form two-terminal circuits with resistances x _1n , x _2n , x _3n from at least N (the number of interpolation frequencies) of the reactive elements, find expressions for their resistances, and equate their optimal values resistances of two-terminal networks at given frequencies determined by formulas (15) and solve the thus formed system of N equations with respect to N selected parameters of reactive elements. This is an interpolation method. The values of the parameters of the remaining elements can be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations, for example, from the condition of physical realizability. Let each of the two-terminal networks with resistances x _1n , x _2n , x _{3n be} formed from two parallel-connected parallel circuits L _1k , C _1k , L _2k , C _2k (k = 1, 2, 3 is the number of the two-terminal network (Fig. 4)). For N = 4, we compose three systems of four equations:

Аналогичную задачу необходимо решить относительно обеспечения совпадения оптимальной частотной зависимости (15) мнимой составляющей x_н сопротивления нагрузки с реальными частотными характеристиками на трех частотах в режиме частотной модуляции. Пусть двухполюсник с мнимой составляющей x_н сопротивления сформирован из последовательного колебательного контура с параметрами L₁, C₁, параллельно соединенного с емкостью C₀ (фиг.5): Составим систему трех уравнений:A similar problem must be solved with respect to ensuring that the optimal frequency dependence (15) of the imaginary component x _n of the load resistance coincides with the real frequency characteristics at three frequencies in the frequency modulation mode. Let the two-terminal network with the imaginary component x _{n of} resistance be formed from a sequential oscillatory circuit with parameters L ₁ , C ₁ connected in parallel with the capacitance C ₀ (Fig. 5): Let us compose a system of three equations:

На четвертой частоте мнимая составляющая сопротивления нагрузки в режиме амплитудной и фазовой модуляции может принимать произвольное значение x_нa.At the fourth frequency, the imaginary component of the load resistance in the amplitude and phase modulation mode can take an arbitrary value x _na .

Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик двухполюсников четырехполюсника в виде Т-образного звена (15) с помощью (17) и оптимальных аппроксимаций частотных характеристик x_н (14) с помощью (19) обеспечивает увеличение диапазона изменения частоты генерируемого сигнала, поскольку реализует условие баланса амплитуд и баланса фаз на трех частотах заданной модуляционной характеристики или заданного диапазона изменения частоты в режиме частотной модуляции. Это позволяет при разумном выборе положений трех первых заданных частот относительно друг друга расширить линейный участок модуляционной характеристики. В режиме амплитудной и фазовой модуляции будут реализованы заданные отношения модулей и разности фаз передаточной функции в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, на несущей частоте высокочастотного гармонического сигнала. При разумном выборе двух значений амплитуды низкочастотного управляющего сигнала и при непрерывном изменении амплитуды низкочастотного управляющего сигнала от первого значения до второго будет реализован режим амплитудной и фазовой модуляции по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала на несущей частоте.The implementation of the optimal approximations of the frequency characteristics of the two-terminal circuits of the four-terminal network in the form of a T-link (15) using (17) and the optimal approximations of the frequency characteristics x _n (14) using (19) provides an increase in the frequency range of the generated signal, since it implements the condition of amplitude balance and phase balance at three frequencies of a given modulation characteristic or a given range of frequency changes in the frequency modulation mode. This allows for a reasonable choice of the positions of the first three preset frequencies relative to each other to expand the linear portion of the modulation characteristic. In the amplitude and phase modulation mode, the specified ratios of the modules and the phase difference of the transfer function in two states, determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal, at the carrier frequency of the high-frequency harmonic signal, will be realized. With a reasonable choice of two values of the amplitude of the low-frequency control signal and with a continuous change in the amplitude of the low-frequency control signal from the first value to the second, the amplitude and phase modulation mode will be implemented according to the law of change of the amplitude of the low-frequency control signal at the carrier frequency.

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (выполнение четырехполюсника реактивным в виде указанным выше способом соединенных между собой трех двухполюсников, формирования первого, второго и третьего двухполюсников из последовательно соединенных двух параллельных контуров, выбора значений их параметров из условия обеспечения стационарного режима генерации на трех заданных частотах при изменении состояния нелинейного двухполюсного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, включенного между выходом реактивного четырехполюсника и нагрузкой в продольную цепь, подключения комплексного двухполюсника к входу реактивного четырехполюсника, формирования двухполюсника, характеризующего мнимую составляющую сопротивления нагрузки, из последовательного колебательного контура, параллельно соединенного с емкостью), обеспечивает модуляцию частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного сигнала в режиме частотной модуляции, а также реализует заданное отношение модулей и заданную разность фаз передаточной функции в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, и модуляцию амплитуды и фазы высокочастотного сигнала на четвертой частоте по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала при непрерывном ее изменении от первого значения до второго.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations (performing a four-terminal reactive in the form of the above three connected three-terminal devices, forming the first, second and third two-terminal devices from the series connected two parallel loops, the choice of values of their parameters from the condition of providing a stationary mode of generation at three s the given frequencies when changing the state of a nonlinear bipolar element with negative differential resistance, connected between the output of the reactive four-terminal and the load in the longitudinal circuit, connecting a complex two-terminal to the input of the reactive four-terminal, forming a two-terminal, which characterizes the imaginary component of the load resistance, from a series oscillatory circuit connected in parallel with the capacitance ), provides modulation of the frequency of the generated signal according to the law of treason the amplitude of the low-frequency signal in the frequency modulation mode, and also implements a given ratio of modules and a given phase difference of the transfer function in two states determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal, and modulation of the amplitude and phase of the high-frequency signal at the fourth frequency according to the law of the amplitude of the low-frequency control signal with its continuous change from the first value to the second.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью активные полупроводниковые диоды (диоды Ганна, туннельные диоды, лавинно-пролетные диоды и т.д.), индуктивности и емкости, сформированные в заявленную схему реактивного четырехполюсника. Значения параметров индуктивностей и емкостей колебательных контуров могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since active semiconductor diodes (Gunn diodes, tunnel diodes, avalanche-span diodes, etc.), inductances and capacitances formed in the claimed reactive four-terminal circuit can be used for their implementation. The values of the parameters of the inductances and capacitances of the oscillatory circuits can be uniquely determined using mathematical expressions given in the claims.

Технико-экономическая эффективность предложенных способа и устройства заключается в обеспечении частотной модуляции высокочастотного сигнала в одной полосе частот и амплитудной и фазовой модуляции в другой полосе частот по закону изменения амплитуды низкочастотного сигнала с помощью одного устройства за счет оптимизации значений параметров реактивных элементов по критерию обеспечения перечисленных функций, что уменьшает номенклатуру радиоустройств и унифицирует их в интересах производства.The technical and economic efficiency of the proposed method and device consists in providing frequency modulation of a high-frequency signal in one frequency band and amplitude and phase modulation in another frequency band according to the law of changing the amplitude of a low-frequency signal using one device by optimizing the values of the parameters of the reactive elements according to the criterion of ensuring the listed functions , which reduces the nomenclature of radio devices and unifies them in the interests of production.

Claims

1. The method of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, based on the interaction of high-frequency and low-frequency signals with a multifunctional device of amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal made of a nonlinear element included in the longitudinal circuit matching the four-terminal and load, and in the frequency mode modulations transform the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organize internal feedback in In this case, by using a bipolar nonlinear element with negative differential resistance as it, the conditions for the excitation of the stationary generation mode in the form of a balance of amplitudes and phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and the conditions for matching the nonlinear element with the load using a matching four-terminal device, are fulfilled. change the frequency of the generated high-frequency signal by changing the phase balance according to the law of amplitude change In the amplitude and phase modulation modes, the low-frequency control signal changes the amplitude and phase of the input high-frequency signal under the influence of the low-frequency control signal, characterized in that a complex two-terminal circuit is connected to the transverse circuit to the input of the four-terminal device and to the two-pole nonlinear element connected in front of the four-terminal device , in the frequency modulation mode, they change the frequency of the generated high-frequency signal and implement the matching conditions by changing the copro to suppress a bipolar nonlinear element under the influence of a low-frequency control signal and provide the conditions for a stationary generation mode in the form of equal to zero the denominator of the transmission coefficient over the entire range of changes in the resistance of a bipolar nonlinear element from the amplitude of the low-frequency control signal and for a given first frequency range of the generated signal, in the amplitude and phase modes modulations change the amplitude and phase of the output high-frequency signal according to the law of change of amplitude uds of the low-frequency control signal by implementing the given ratios of modules and phase differences of the transfer function of the multifunction device in two states determined by two values of the amplitude of the low-frequency signal in a given second frequency range by selecting the optimal frequency characteristics of the quadrupole parameters from the conditions for ensuring the physical realizability of the above operations in accordance with the following mathematical expressions:

a, b, c, d - elements of the classical quadrupole transmission matrix; α, β, γ are the optimal frequency dependences of the relations of the corresponding elements of the classical quadrupole transmission matrix in both modes; a is the optimal frequency dependence of the corresponding element of the classical quadrupole transmission matrix in both modes; r ₀ , x ₀ are the given frequency dependences of the real and imaginary components of the resistance of a complex two-terminal network in the first frequency range in a frequency modulation mode that simulates the resistance of a source of high-frequency signals that occur when the DC voltage source is turned on; r _n , x _n - the given frequency dependence of the real and the optimal frequency dependence of the imaginary components of the load resistance in the first frequency range in the frequency modulation mode; r, x are the given dependences of the real and imaginary components of the resistance of a bipolar nonlinear element on frequency in the first range of the frequency and amplitude of the low-frequency control signal in the frequency modulation mode; r _0a , x _0a - given frequency dependences of the real and imaginary components of the resistance of a complex two-terminal network in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode, which coincides with the resistance of the source of a high-frequency harmonic signal; r _on , x _on - the given frequency dependences of the real and imaginary components of the load resistance in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode; r _1,2 , x _1,2 are the given dependences of the real and imaginary components of the resistance of a bipolar nonlinear element in two states, determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal, on the frequency in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode; m ₂₁ , φ ₂₁ are the given frequency dependences of the ratio of the modules and the phase difference of the transfer functions in two states determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal in the second frequency range in the amplitude and phase modulation mode; the remaining notation has the meaning of intermediate notation in the interests of simplifying mathematical expressions.

2. A multifunctional device for amplitude, phase and frequency modulation of a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source, a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, a reactive four-terminal device, a load, and a source of a low-frequency control signal, characterized in that it is connected to a four-terminal input and a two-pole nonlinear element, connected in front of the four-terminal in the longitudinal circuit, a complex two-terminal in the transverse circuit is connected, the source is low the frequency control signal is connected to a bipolar nonlinear element, the imaginary component of the load resistance is implemented by a series oscillatory circuit with parameters L ₁ , C ₁ parallel connected to the capacitance C ₀ , the four-terminal reactive is made in the form of a T-shaped connection of three two-terminal, made in the form of two connected in series parallel circuits of elements with parameters L _1k , C _1k , L _2k , C _2k , the values of these parameters are determined in accordance with the following mathematical expressions niyami:

α, b, c, d -elements of the classical quadrupole transmission matrix; α, β, γ are optimal values of the ratios of the corresponding elements of the classical four-terminal transmission matrix in both modes at the given four frequencies ω _n = 2πf _n ; n = 1, 2, 3, 4 - frequency number; a is the optimal value of the corresponding element of the classical quadrupole transmission matrix in both modes at given four frequencies; r _0n , x _0n are the set values of the real and imaginary components of the resistance of the complex two-pole network in the first frequency range at the given first three frequencies in the frequency modulation mode that simulates the resistance of the source of high-frequency signals that occur when the DC voltage source is turned on; r _nn , x _nn - set values of the real and optimal values of the imaginary components of the load resistance at the given first three frequencies in the frequency modulation mode; r _n , x _{n are the} set values of the real and imaginary components of the resistance of the bipolar nonlinear element at the given first three frequencies and the corresponding three values of the amplitude of the low-frequency control signal in the frequency modulation mode; r _0an , x _0an - given values of the real and imaginary components of the resistance of the complex two-terminal network at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode, which coincides with the resistance of the source of a high-frequency harmonic signal; r _нan , x _нan - set values of the real and imaginary components of the load resistance at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode; r _{1n, 2n} , x _{1n, 2n} - set values of the real and imaginary components of the resistance of a bipolar nonlinear element in two states, determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal, at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode; m _21n , φ _21n are the set values of the ratio of the modules and the phase difference of the transfer functions in two states determined by two values of the amplitude of the low-frequency control signal at a given fourth frequency in the amplitude and phase modulation mode; x _1n , x _2n , x _3n - the optimal values of the resistance of the two-terminal T-shaped connection of three two-terminal at a given four frequencies; k = 1, 2, 3 - numbers of two-terminal T-shaped connection; the remaining notation has the meaning of intermediate notation in the interests of simplifying mathematical expressions.