RU2490780C2 - Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method - Google Patents
Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490780C2 RU2490780C2 RU2011144067/08A RU2011144067A RU2490780C2 RU 2490780 C2 RU2490780 C2 RU 2490780C2 RU 2011144067/08 A RU2011144067/08 A RU 2011144067/08A RU 2011144067 A RU2011144067 A RU 2011144067A RU 2490780 C2 RU2490780 C2 RU 2490780C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- amplitude
- given
- phase
- terminal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и могут быть использованы 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. 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.A device for amplitude and phase modulation and frequency modulation of a high-frequency signal is known, consisting of a constant voltage source that establishes a working 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 circuits of the external positive feedback between the load and the control electrode of the transistor, while the meters 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 the amplitude of the low-frequency control (primary, information) signal (see Gonorovsky IS Radio-technical circuits and 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. 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 engineering 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). 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 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 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). 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, 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 в поперечную цепь подключают комплексный двухполюсник, в режиме частотной модуляции изменяют частоту генерируемого высокочастотного сигнала и реализуют условия согласования за счет изменения сопротивления двухполюсного нелинейного элемента, включенного между четырехполюсником и нагрузкой в поперечную цепь, по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, и обеспечения 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 выражениями1. 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 matching the four-terminal and load, and the frequency modulation mode converts the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizes the internal reverse coupling in a nonlinear element 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 matching quadripole, change the frequency of the generated high-frequency signal by changing the 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 into the transverse circuit, a complex two-terminal is connected, in the frequency modulation mode, the frequency of the generated high-frequency signal is changed and the matching conditions are satisfied for due to a change in the resistance of a bipolar nonlinear element connected between the four-terminal and the load in the transverse circuit, according to the law of changing the amplitude of the low-frequency control signal, and providing 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 range of changes in the frequency of the generated signal, in the mode amplitude and phase modulation change the amplitude and phase of the output high-frequency signal according to the law of low-frequency amplitude change of a different 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 in a given second frequency range, by choosing the optimal frequency characteristics of the four-terminal parameters from the conditions for ensuring the physical feasibility of the above operations in accordance with the following 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 реактивного четырехполюсника подключен комплексный двухполюсник, двухполюсный нелинейный элемент включен между выходом четырехполюсника и нагрузкой в поперечную цепь, источник низкочастотного управляющего сигнала подключен к двухполюсному нелинейному элементу, мнимая составляющая сопротивления источника высокочастотного сигнала реализована последовательным колебательным контуром с параметрами L1, C1, параллельно соединенным с емкостью C0, реактивный четырехполюсник выполнен в виде П-образного соединения трех двухполюсников, выполненных в виде двух последовательно соединенных параллельных контуров из элементов с параметрами L1k, C1k, L2k, C2k, 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, a load and a low-frequency control signal source, in addition to a reactive four-terminal input complex two-terminal, two-pole non-linear element is connected between the output of the four-terminal and the load narrow in the transverse circuit, the source of the low-frequency control signal is connected to a bipolar nonlinear element, the imaginary component of the resistance of the source of the high-frequency signal is implemented by a series oscillatory circuit with parameters L 1 , C 1 parallel to the capacitance C 0 , the reactive four-terminal is made in the form of a U-shaped connection of three two-terminal circuits made in the form of two series-connected parallel circuits of elements with parameters L 1k , C 1k , L 2k , C 2k , the values of these parameters defined in accordance with the following mathematical expressions:
На фиг.3 приведена схема четырехполюсника в виде П-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 U-shaped 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 источника высокочастотного сигнала.Figure 5 shows a diagram of the formation of a two-terminal, characterizing the imaginary component of the resistance of the source of the high-frequency signal.
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 С(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), implemented by 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, С(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 C(t)-6 под действием управляющего сигнала источника-7 приводит к изменению частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды этого сигнала. 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 the varicap C (t) -6 under the action of the control signal of the source-7 leads to a change in the frequency of the generated signal according to the law of the amplitude of this signal. 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 zn=rn+jxn на заданной несущей частоте, подключенный к источнику низкочастотного управляющего напряжения с постоянной составляющей-9 с малым внутренним сопротивлением и включенный по высокой частоте в поперечную цепь между выходом четырехполюсника (согласующе-фильтрующего устройства (СФУ))-3 и нагрузкой-10 с сопротивлением zнn=rнn+jxнn на заданной несущей частоте. Четырехполюсник-3 выполнен в виде П-образного соединения трех двухполюсников (Фиг.3) с сопротивлениями x1n - 11, x2n - 12, x3n - 11. К входу четырехполюсника-3 подключен комплексный двухполюсник-8 с сопротивлением z0n=r0n+jx0n на заданной несущей частоте, 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. Мнимая составляющая сопротивления источника высокочастотных колебаний 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 П-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
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.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.
Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.
Пусть в режиме частотной модуляции известны зависимости сопротивления воображаемого источника сигнала Z0=r0+jx0, нагрузки Zн=rн+jxн, и проводимости нелинейного элемента y=g+jb от частоты. Кроме того, известны зависимости действительной и мнимой составляющих проводимости нелинейного элемента от амплитуды управляющего низкочастотного 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 + jx n , and the conductivity of a nonlinear element y = g + jb on frequency are known. In addition, the dependences of the real and imaginary components of the conductivity of a nonlinear element on the amplitude of the control low-frequency 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:
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
и соответствующей классической матрицей передачи:and the corresponding classical transfer matrix:
где
Умножим матрицу передачи реактивного четырехполюсника на матрицу передачи нелинейного элемента. С учетом Z0, Zн [: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 устройства генерации и частотной демодуляции:Multiply the transfer matrix of the reactive four-port network by the transfer matrix of the nonlinear element. Given Z 0 , Z n [: Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M .: Svyaz, 1971. p. 34-36] we obtain the expression for the normalized classical transmission matrix of the generation device and frequency demodulation:
Используя известные соотношения между элементами классической матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния с учетом (4) получим выражение для коэффициента передачи многофункционального устройства в режиме усиления (первый этап генерации):Using the known relations between the elements of the classical transfer matrix and the elements of the scattering matrix, taking into account (4), we obtain the expression for the transfer coefficient of the multifunction device in the amplification mode (the first generation stage):
Физически реализуемая передаточная функция связана с коэффициентом передачи простым соотношением:
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:
где A=1+rнg-xнb; B=rнb+xнg.where A = 1 + r n gx n b; B = r n b + x n g.
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:
где
На основе использования известных соотношений между элементами матрицы сопротивлений и элементами классической матрицы передачи в интересах дальнейших рассуждений запишем взаимосвязи (7) в терминах элементов классической матрицы передачи:Based on the use of the known relations between the elements of the resistance matrix and the elements of the classical transmission matrix in the interests of further considerations, we write the relationships (7) in terms of the elements of the classical transmission matrix:
где
Полученные взаимосвязи (8) с учетом заданных частотных зависимостей r0, x0, rн, xн, 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 z0a=r0a+jx0a, нагрузки zнa=rнa+jxнa и проводимости управляемого нелинейного элемента y1,2=g1,2+jb1,2 в двух состояниях, определяемых двумя уровнями управляющего воздействия, от частоты. Полоса частот в этом режиме отличается от полосы частот в режиме частотной модуляции.Suppose that in a mode of the amplitude and phase modulation depending known source of resistance high harmonic signal 0a z = r + jx 0a 0a, load nA z = r + jx nA nA and conductivity managed nonlinear element y 1,2 = g 1,2 + jb 1 2 in two states determined 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:
гдe
С учетом условия взаимности (x12-x21) СФУ может характеризоваться матрицей сопротивления (2) и соответствующей классической матрицей передачи (3).Given the reciprocity condition (x 12 -x 21 ), the SFU can be characterized by a resistance matrix (2) and the corresponding classical transmission matrix (3).
Управляемый элемент в первом и втором состояниях характеризуется следующей матрицей передачи:The controlled element in the first and second states is characterized by the following transfer matrix:
Умножим матрицы (3) и (10). С учетом Z0, Zн найдем нормированную матрицу передачи всего устройства:Multiply matrices (3) and (10). Given Z 0 , Z n we find the normalized transfer matrix of the entire device:
Следовательно, выражение для коэффициента передачи многофункционального устройства в режиме амплитудной и фазовой модуляции в двух состояниях будут иметь вид:Therefore, the expression for the transmission coefficient of the multifunction device in the amplitude and phase modulation mode in two states will be:
Для получения взаимосвязей между элементами матрицы сопротивлений (2), оптимальных по критерию обеспечения требуемого закона изменения амплитуды и фазы проходного сигнала, подставим (12) в (9). После разделения комплексного уравнения на действительную и мнимую части, получим систему двух уравнений, решение которой имеет вид взаимосвязей между элементами матрицы сопротивлений:To obtain the relationships between the elements of the resistance matrix (2), which are optimal according to the criterion for ensuring the required law of change in the amplitude and phase of the transmitted signal, we substitute (12) in (9). After dividing the complex equation into real and imaginary parts, we get a system of two equations, the solution of which has the form of the relationship between the elements of the resistance matrix:
где
B1=1+g2rн-b2xн-m21cosφ21(1+g1rн-b1xн)+m21sinφ21(g1xн+b1rн).B 1 = 1 + g 2 r n -b 2 x n -m 21 cosφ 21 (1 + g 1 r n -b 1 x n ) + m 21 sinφ 21 (g 1 x n + b 1 r n ).
На основе использования известных соотношений между элементами матрицы сопротивлений и элементами классической матрицы передачи в интересах дальнейших рассуждений запишем взаимосвязи (13) в терминах элементов классической матрицы передачи (порядок получающихся уравнений при этом уменьшается):Based on the use of the known relations between the elements of the resistance matrix and the elements of the classical transmission matrix in the interests of further considerations, we write the relationships (13) in terms of the elements of the classical transmission matrix (the order of the resulting equations decreases):
Взаимосвязи (14) являются также оптимальными по критерию (9) аппроксимирующими функциями частотных зависимостей этих элементов.Relations (14) are also approximating functions of the frequency dependences of these elements by criterion (9).
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)d2=1) следуют ограничения на частотные характеристики еще двух элементов классической матрицы передачи и мнимой составляющей сопротивления источника сигнала: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) d 2 = 1), restrictions on the frequency characteristics of two more elements of the classical transmission matrix and the imaginary component of the resistance of the signal source follow:
Взаимосвязи (8), (15) или (14), (15) кроме того, означают, что для реализации аппроксимирующих функций частотных зависимостей параметров четырехполюсника 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 d 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, rн, xн, r, x, r0a, x0a, rнa, xнa, g1.2, b1,2 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 of the frequency dependences of the parameters of the four-terminal network, the SFU must contain at least three independent two-terminal networks, the frequency dependences of the resistances of which must be determined from the solution systems of three equations formed on the basis of relationships (8), (15) or (14), (15). To do this, it is necessary to take a sample typical SFU scheme, find the transfer matrix of this scheme and the elements α, β, γ found in this way (the element d is dependent on the reciprocity condition), expressed through 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, g 1.2, b 1,2 and the remaining two-terminal SibFU (if the number of two-poles greater than three) may be selected 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 П-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 U-shaped connection of three reactive two-terminal devices:
где n=1, 2… - номера частот интерполяции. Подкоренное выражение в (16) всегда положительно, Индекс n необходимо ввести и в остальные заданные и расчетные величиныwhere n = 1, 2 ... are the numbers of the interpolation frequencies. The root expression in (16) is always positive; Index n must also be entered into the other given and calculated quantities
r0n, rнn, xнn, rn, xn, r0an, x0an, rнan, xнan, r1n.2n, x1n,2n, x0n и другие.r 0n , r нn , x нn , r n , x n , r 0an , x 0an , r нan , x нan , r 1n.2n , x 1n, 2n , x 0n and others.
Для обеспечения совпадения оптимальных частотных зависимостей сопротивлений двухполюсников (16) с реальными частотными характеристиками необходимо сформировать двухполюсники с сопротивлениями x1n, x2n, x3n 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 (16) 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 x1n, x2n, x3n сформирован из двух последовательно соединенных параллельных контуров L1k, C1k, L2k, C2k (k=1, 2, 3 - номер двухполюсника (фиг.4)). Для N=4 составим три системы четырех уравнений:To ensure that the optimal frequency dependences of the two-terminal resistances (16) coincide with the real frequency characteristics, it is necessary to form two-terminal 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, equate them the optimal values of the two-terminal resistances at the given frequencies determined by formulas (16) and solve the system of N equations formed in this way with respect to the N selected reactive element parameters in. 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 x0 сопротивления комплексного двухполюсника (сопротивления источника сигнала) с реальными частотными характеристиками на трех частотах в режиме частотной модуляции. Пусть двухполюсник с мнимой составляющей x0 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 0 of the resistance of the complex two-terminal (signal source resistance) coincides with the actual frequency characteristics at three frequencies in the frequency modulation mode. Let the two-terminal network with the imaginary component x 0 of resistance be formed from a sequential oscillatory circuit with parameters L 1 , C 1 parallel connected to the capacitance C 0 (Fig. 5). We compose a system of three equations:
На четвертой частоте мнимая составляющая сопротивления источника сигнала в режиме амплитудной и фазовой модуляции может принимать произвольное значение x0a.At the fourth frequency, the imaginary component of the resistance of the signal source in the amplitude and phase modulation mode can take an arbitrary value x 0a .
Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик двухполюсников четырехполюсника в виде П-образного звена (16) с помощью (18) и оптимальных аппроксимаций частотных характеристик x0 (15) с помощью (20) 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 U-shaped link (16) using (18) and the optimal approximations of the frequency characteristics x 0 (15) using (20) provides an increase in the frequency range of the generated signal, since it implements the condition of balance of amplitudes 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 поперечную цепь, подключения комплексного двухполюсника к входу реактивного четырехполюсника, формирования двухполюсника, характеризующего мнимую составляющую сопротивления комплексного двухполюсника, 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 transverse circuit, connecting the complex two-terminal to the input of the reactive four-terminal, forming a two-terminal, which characterizes the imaginary component of the resistance of the complex two-terminal, from a series oscillatory circuit connected in parallel with capacity), provides modulation of the frequency of the generated signal and according to the law of changing the amplitude of the low-frequency signal in the frequency modulation mode, it 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 change of amplitude low-frequency control signal with 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 (2)
α=γ(x0-E)-D=γ(x0a-Ea)-Da; β=Fγ-E-x0=Faγ-Ea-x0a;
где
B1=1+g2rн-b2xн-m21cosφ21(1+g1rн-b1xн)+m21sinφ21(g1xн+b1rн);
α = γ (x 0 -E) -D = γ (x 0a -E a ) -D a ; β = Fγ-Ex 0 = F a γ-E a -x 0a ;
Where
B 1 = 1 + g 2 r n -b 2 x n -m 21 cosφ 21 (1 + g 1 r n -b 1 x n ) + m 21 sinφ 21 (g 1 x n + b 1 r n );
где
x=a 2c1-a 1c2; y=a 2d1+b2c1-a 1d2-b1c2; z=b2d1-b1d2;
β=Fγ-E-x0n=Faγ-Ea-x0an;
A1=g2nxнan+b2nrнan-m21ncosφ21n(g1nxнan+b1nrнan)-m21nsinφ21n(1+g1nrнan-b1nxнan);
B1=1+g2nrнn-b2nxнn-m21ncosφ21n(1+g1nrнn-b1nxнn)+m21nsinφ21n(g1nxнn+b1nrнn);
Where
x = a 2 c 1 - a 1 c 2 ; y = a 2 d 1 + b 2 c 1 - a 1 d 2 -b 1 c 2 ; z = b 2 d 1 -b 1 d 2 ;
β = Fγ-Ex 0n = F a γ-E a -x 0an ;
A 1 = g 2n x nan + b 2n r nan-m 21n cosφ 21n (g 1n x nan + b 1n r nan ) -m 21n sinφ 21n (1 + g 1n r nan- b 1n x nan );
B 1 = 1 + g 2n r нn -b 2n x нn -m 21n cosφ 21n (1 + g 1n r нn -b 1n x нn ) + m 21n sinφ 21n (g 1n x нn + b 1n r нn );
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011144067/08A RU2490780C2 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011144067/08A RU2490780C2 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011144067A RU2011144067A (en) | 2013-05-10 |
RU2490780C2 true RU2490780C2 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49163036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011144067/08A RU2490780C2 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490780C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568390C1 (en) * | 2014-10-27 | 2015-11-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of generation and frequency-modulation of high-frequency signals and device for its implementation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5155455A (en) * | 1989-08-01 | 1992-10-13 | Plessey Overseas Limited | Am/fm modulator in which am can be converted to fm by vector addition |
RU2342769C2 (en) * | 2007-02-02 | 2008-12-27 | Федеральное Государственное учреждение Федеральный Государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минообороны России | Device for modulating amplitude and phase of radio-frequency signals |
RU2354040C1 (en) * | 2008-03-12 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)" Министерства обороны Российской Федерации | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation |
-
2011
- 2011-10-31 RU RU2011144067/08A patent/RU2490780C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5155455A (en) * | 1989-08-01 | 1992-10-13 | Plessey Overseas Limited | Am/fm modulator in which am can be converted to fm by vector addition |
RU2342769C2 (en) * | 2007-02-02 | 2008-12-27 | Федеральное Государственное учреждение Федеральный Государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности Минообороны России | Device for modulating amplitude and phase of radio-frequency signals |
RU2354040C1 (en) * | 2008-03-12 | 2009-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)" Министерства обороны Российской Федерации | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб.пособие для вузов / Гоноровский И.С., 5-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2006, 719 с. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568390C1 (en) * | 2014-10-27 | 2015-11-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина", (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of generation and frequency-modulation of high-frequency signals and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2496222C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2486639C1 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2496192C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2462811C2 (en) | High-frequency signal generation method, and device for its implementation | |
RU2483435C2 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2486637C1 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2490780C2 (en) | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method | |
RU2488943C2 (en) | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method | |
RU2488945C2 (en) | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method | |
RU2488946C2 (en) | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method | |
RU2599531C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2463689C1 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2488947C2 (en) | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method | |
RU2488944C2 (en) | Method for amplitude, phase and frequency modulation of high-frequency signals and multifunctional apparatus for realising said method | |
RU2500066C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2595571C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2496224C2 (en) | Method for amplitude-phase modulation of high-frequency signal and apparatus for realising said method | |
RU2483429C2 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2461952C1 (en) | Method for generating high-frequency signals and device for its realisation | |
RU2568375C1 (en) | Method for generation and frequency modulation of high-frequency signals and apparatus therefor | |
RU2341877C1 (en) | Method for demodulation of amplitude-modulated radio frequency signals and devices for its realisation | |
RU2461953C1 (en) | Method for generating high-frequency signals and device for its realisation | |
RU2494529C2 (en) | Method for amplitude-phase modulation of high-frequency signal and apparatus for realising said method | |
RU2487463C1 (en) | Method of demodulating phase-modulated and frequency-modulated signals and apparatus for realising said method | |
RU2777748C1 (en) | Method for generating and frequency modulation of high-frequency signals and a device for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141101 |