RU2595638C1 - Method for frequency modulation of oscillations and device therefor - Google Patents

Method for frequency modulation of oscillations and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2595638C1
RU2595638C1 RU2015135735/08A RU2015135735A RU2595638C1 RU 2595638 C1 RU2595638 C1 RU 2595638C1 RU 2015135735/08 A RU2015135735/08 A RU 2015135735/08A RU 2015135735 A RU2015135735 A RU 2015135735A RU 2595638 C1 RU2595638 C1 RU 2595638C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
frequency
signal
oscillations
Prior art date
Application number
RU2015135735/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Михайлов
Светлана Анатольевна Базуева
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Priority to RU2015135735/08A priority Critical patent/RU2595638C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595638C1 publication Critical patent/RU2595638C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.
SUBSTANCE: invention can be used to provide high-quality communication over a communication channel. Method for frequency modulation of oscillations is characterised by measuring, in main and additional channel, change in amplitude of signals with coefficients A and B respectively, output signals of channels are combined and normalised based on coefficient
Figure 00000021
, wherein signal of main channel is an input signal of sinusoidal shape, and signal of additional channel is obtained from an input signal by simultaneous integration and differentiation, multiplying results of data operations and square-rooting result of multiplication, wherein coefficient B is selected as equal to 1, and coefficient A is set as a tangent from integral modulating voltage um(t).
EFFECT: wider range of deviation of frequency of modulated oscillations and simplifying device implementing said method.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемый способ частотной модуляции (ЧМ, FM (Frequency modulation)) относится к радиотехнике и может быть использован для обеспечения высококачественной связи (в диапазоне УКВ), для звукового сопровождения телевизионных программ, передачи сигналов цветности в телевизионном стандарте SECAM, видеозаписи на магнитную ленту, музыкальных синтезаторах.The proposed method of frequency modulation (FM, FM (Frequency modulation)) relates to radio engineering and can be used to provide high-quality communication (in the VHF range), for sound accompaniment of television programs, transmission of color signals in the television standard SECAM, video recording on magnetic tape, music synthesizers.

Высокое качество ЧМ связи, определяемое высокой стабильностью частоты, изменяемой в широких пределах, обусловлено тем, что при ЧМ возможна большая девиация несущего сигнала по сравнению с шириной спектра сигнала AM, для которой в приемной аппаратуре характерно использование ограничителя амплитуды радиосигнала для устранения импульсных помех.The high quality of FM communication, determined by the high frequency stability over a wide range, is due to the fact that during FM, a greater carrier signal deviation is possible compared to the AM signal spectrum, which in the receiving equipment is characterized by the use of a radio signal amplitude limiter to eliminate impulse noise.

Частотно-модулированные колебания (ЧМК) и фазомодулированные колебания (ФМК) совместно образуют колебания с угловой модуляцией, для которыхFrequency-modulated oscillations (FMC) and phase-modulated oscillations (FMC) together form oscillations with angular modulation, for which

Figure 00000001
Figure 00000001

В силу данного соотношения ЧМК можно считать разновидностью ФМК и наоборот. Поскольку при частотной модуляции модулирующее напряжение uм(t) управляет частотой несущего колебания, то квазигармонические ЧМК можно записать какBy virtue of this ratio, ChMK can be considered a variety of PMK and vice versa. Since in the case of frequency modulation, the modulating voltage u m (t) controls the frequency of the carrier oscillation, the quasiharmonic QMP can be written as

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

a - постоянная амплитуда несущего колебания; a is the constant amplitude of the carrier oscillation;

s(t) - нормированный

Figure 00000003
модулирующий сигнал, соответствующий закону модулирования несущего колебания;s (t) - normalized
Figure 00000003
a modulating signal corresponding to the law of modulation of the carrier wave;

Kчм - коэффициент пропорциональности, связывающий отклонение Δωчм частоты ω(t) от своего номинального значения ω0, равное Δωчм=ω(t)-ω0, и величину модулирующего напряжения uм(t), вызывающего это отклонение, рад/(В·с).K hm - proportionality coefficient connecting the deviation Δω hm of frequency ω (t) from its nominal value ω 0 , equal to Δω hm = ω (t) -ω 0 , and the value of the modulating voltage u m (t) causing this deviation, rad / (V s).

Известен способ частотной модуляции [Авторское свидетельство SU 63719, МПК H03C 3/26, опубл. 1944], в котором колебания высокостабильного генератора и модулированного по частоте обычного генератора с самовозбуждением детектируют в детекторе совместно с другим модулированным по частоте в противоположной фазе колебанием, полученным от другого обычного генератора, аналогичного по конструкции и близкого или равного по частоте первому, и выделяют из полученного сложного колебания посредством соответствующего фильтра результирующее модулированное по частоте колебание.A known method of frequency modulation [Copyright certificate SU 63719, IPC H03C 3/26, publ. 1944], in which the oscillations of a highly stable generator and a frequency-modulated ordinary oscillator with self-excitation are detected in the detector together with another frequency-modulated in the opposite phase oscillation obtained from another ordinary generator, similar in design and close or equal in frequency to the first, and isolated from the resulting complex oscillation by means of an appropriate filter, the resulting frequency-modulated oscillation.

Недостатком данного способа является невозможность создания стабильной частоты, изменяемой в широких пределах.The disadvantage of this method is the inability to create a stable frequency that can be changed over a wide range.

Известно устройство для частотной модуляции кварцевых генераторов [Авторское свидетельство SU 71183, МПК H03C 3/12, опубл. 1948], работающих в осцилляторном режиме, путем изменения при помощи реактивной лампы или любого другого известного устройства индуктивного реактанца, связанного с кварцевым осциллятором, причем изменяемый индуктивный реактанц включен последовательно с кварцевым осциллятором.A device for the frequency modulation of crystal oscillators [Copyright certificate SU 71183, IPC H03C 3/12, publ. 1948] operating in an oscillatory mode by changing, using a reaction lamp or any other known device, an inductive reactance coupled to a quartz oscillator, the variable inductive reactance connected in series with the quartz oscillator.

Недостатком такого устройства частотной модуляции колебаний является невозможность изменения частоты в широких пределах и ограниченный диапазон стабилизации, определяемый частотным диапазоном имеющихся кварцевых перестраиваемых генераторов. Кроме этого использование в управляющем элементе модулятора реактивных устройств, у которых эффективная емкость или индуктивность нелинейно изменяется под действием модулирующего сигнала, нежелательно при микроэлектронном исполнении. Это в итоге ужесточает требования к функциональным блокам модулятора, в частности по прецизионности их изготовления, что в итоге определяет функциональную сложность реализации модулятора.The disadvantage of such a device for frequency modulation of oscillations is the impossibility of changing the frequency over a wide range and the limited stabilization range determined by the frequency range of the available tunable crystal oscillators. In addition, the use of reactive devices in the control element of the modulator, in which the effective capacitance or inductance varies non-linearly under the influence of the modulating signal, is undesirable for microelectronic execution. This ultimately tightens the requirements for the functional blocks of the modulator, in particular for the precision of their manufacture, which ultimately determines the functional complexity of the implementation of the modulator.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран способ частотной модуляции [Патент РФ 2114498, МПК H03C 3/06, опубл. 1998], сводящийся к изменению по закону модулирующего сигнала частоты несущего колебания перестраиваемого генератора, синхронизируемого стабильным опорным генератором, кроме этого изменению по закону инверсного модулирующего сигнала частоты дополнительного перестраиваемого генератора, стабилизированного тем же опорным генератором, умножению в n раз частоты основного и в (n-1) раз частоты дополнительного перестраиваемых генераторов, а затем выделению сигнала разностной частоты.As a prototype of the present invention, the method of frequency modulation [RF Patent 2114498, IPC H03C 3/06, publ. 1998], which reduces to a change in the law of the modulating signal of the frequency of the carrier oscillation of the tunable generator synchronized by the stable reference oscillator, in addition to a change in the law of the inverse modulating signal of the frequency of the additional tunable generator stabilized by the same reference generator, multiplying by n times the frequency of the main and by (n -1) times the frequency of the additional tunable generators, and then the allocation of the differential frequency signal.

Недостатком данного способа является его сложность, связанная, в первую очередь, с тем, что кроме собственно изменения несущей частоты по закону модулирующего сигнала он включает дополнительные операции по стабилизации частоты модулированных колебаний и расширению диапазона девиации частоты.The disadvantage of this method is its complexity, associated primarily with the fact that in addition to actually changing the carrier frequency according to the law of the modulating signal, it includes additional operations to stabilize the frequency of the modulated oscillations and expand the range of frequency deviation.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрано устройство частотной модуляции [Патент РФ 2114498, МПК H03C 3/06, опубл. 1998], содержащее последовательно соединенные стабильный опорный генератор, первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот (ФНЧ), первый перестраиваемый генератор, вход которого соединен с выходом фильтра верхних частот (ФВЧ) а выход - со вторым входом первого фазового детектора, а также первый умножитель частоты в n раз, вход которого соединен с выходом первого перестраиваемого генератора, последовательно соединенные второй фазовый детектор, второй ФНЧ, второй перестраиваемый генератор, второй умножитель частоты в (n-1) раз, смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя, полосовой фильтр, а также инвертор, присоединенный между выходом ФВЧ и входом второго перестраиваемого генератора, второй выход которого соединен со вторым входом второго фазового детектора, своим входом соединенного с выходом стабильного опорного генератора.As a prototype of the invention, a frequency modulation device [RF Patent 2114498, IPC H03C 3/06, publ. 1998], containing a stable reference oscillator, a first phase detector, a first low-pass filter (LPF), a first tunable generator, the input of which is connected to the output of a high-pass filter (HPF) and the output to the second input of the first phase detector, and the first a frequency multiplier of n times, the input of which is connected to the output of the first tunable generator, a second phase detector, a second low-pass filter, a second tunable generator, a second frequency multiplier (n-1) times, a mixer, the second input of which is connected to the output of the first multiplier, a bandpass filter, as well as an inverter connected between the output of the HPF and the input of the second tunable generator, the second output of which is connected to the second input of the second phase detector, with its input connected to the output of the stable reference generator.

Недостатком данного устройства являются структурная сложность, связанная, в первую очередь, с тем, что кроме собственно изменения несущей частоты по закону модулирующего сигнала оно включает дополнительные блоки для реализации операций по стабилизации частоты модулированных колебаний и расширению диапазона девиации частоты.The disadvantage of this device is the structural complexity, associated primarily with the fact that in addition to actually changing the carrier frequency according to the law of the modulating signal, it includes additional units for implementing operations to stabilize the frequency of modulated oscillations and expand the range of frequency deviation.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка частотного способа модуляции и соответствующего устройства, принцип построения которого исключает дополнительные операции по стабилизации частоты модулированных колебаний и расширению диапазона девиации частоты модулированных колебаний.The task to which the invention is directed is to develop a frequency modulation method and a corresponding device, the construction principle of which eliminates additional operations to stabilize the frequency of modulated oscillations and expand the range of frequency deviation of modulated oscillations.

Техническим результатом является уменьшение сложности решения задачи частотной модуляции колебаний при высокой достоверности предлагаемого способа, что в итоге приводит к структурному упрощению реализующего его устройства.The technical result is to reduce the complexity of solving the problem of frequency modulation of oscillations with high reliability of the proposed method, which ultimately leads to structural simplification of the device that implements it.

Сущность изобретения сводится к следующему. Как известно (Таблицы интегралов и другие математические формулы: Справочник / Г.Б. Двайт. - М.: Наука, 1997, стр. 70, формула 401.03),The invention is reduced to the following. As is known (Tables of integrals and other mathematical formulas: Reference book / GB Dvayt. - M .: Nauka, 1997, p. 70, formula 401.03),

Figure 00000004
Figure 00000004

где А - амплитуда синусоидального сигнала, В - амплитуда косинусоидального сигнала, ω0 - частота колебаний, t - время.where A is the amplitude of the sinusoidal signal, B is the amplitude of the cosine signal, ω 0 is the oscillation frequency, t is time.

Изменяя величину амплитуд синусоидального и косинусоидального сигналов путем их усиления в А и В раз, можно обеспечить управление параметром φ регулируемого сигнала. При этом для формирования косинусоидального сигнала из входного синусоидального можно использовать операции дифференцирования и интегрирования.By changing the amplitudes of the sinusoidal and cosine signals by amplifying them by A and B times, it is possible to control the parameter φ of the controlled signal. At the same time, for the formation of a cosine signal from the input sinusoidal, one can use the operations of differentiation and integration.

Выражение (1) может быть реализовано следующим образом.Expression (1) can be implemented as follows.

Входной сигнал (несущее колебание) uн=asin(ω0t), где a - амплитуда входного сигнала, одновременно поступает на входы дифференциатора и интегратора, на входах которых соответственно получаем:The input signal (carrier oscillation) u n = a sin (ω 0 t), where a is the amplitude of the input signal, is simultaneously fed to the inputs of the differentiator and integrator, at the inputs of which we respectively obtain:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где RдCд - постоянная времени дифференциатора, RиCи - постоянная времени интегратора, Rд - сопротивление резистора дифференцирующей цепочки дифференциатора, Cд - емкость конденсатора дифференцирующей цепочки дифференциатора, Rи - сопротивление резистора интегрирующей цепочки интегратора, Cи - емкость конденсатора интегрирующей цепочки интегратора.wherein R d C d - the time constant of the differentiator, R and C, and - the time constant of the integrator, R d - resistor differentiating differentiator chain, C d - capacitance differentiating differentiator chain, R and - resistor integrating circuit of the integrator, C and - capacitance capacitor integrator integrator circuit.

Перемножив данные напряжения при условии RдCд=RиCи=RC, получаемMultiplying the voltage data under the condition R d C d = R and C and = RC, we obtain

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Знак "-" в данном выражении может быть учтен выбором фазы этого напряжения либо путем инвертирования

Figure 00000008
. Извлекая корень квадратный из данного напряжения, получаем acos(ω0t). Если данное напряжение после соответствующего в В раз усиления просуммировать с входным синусоидальным сигналом, усиленным в А раз и задержанным на время, необходимое для их одновременного суммирования, то на выходе сумматора получим значение напряженияThe sign “-” in this expression can be taken into account by choosing the phase of this voltage or by inverting
Figure 00000008
. Removing the square root of a given voltage, we obtain a cos (ω 0 t). If this voltage after the corresponding V-fold gain is summed with an input sinusoidal signal amplified by A time and delayed by the time required for their simultaneous summation, then at the output of the adder we obtain the voltage value

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где

Figure 00000010
, причем в частном случае если B=1, то φ=arctgA. После деления результата объединения на
Figure 00000011
получим
Figure 00000012
. Данные математические операции могут быть выполнены как на аналоговых элементах, так и в вычислителе на базе микропроцессора, алгоритм функционирования которого реализует приведенная на фиг. 2 структура. Входное синусоидальное напряжение при этом может быть введено в вычислитель с помощью аналого-цифрового преобразователя.Where
Figure 00000010
, and in the particular case if B = 1, then φ = arctan. After dividing the result of the union by
Figure 00000011
we get
Figure 00000012
. These mathematical operations can be performed both on analog elements and in a microprocessor-based computer, the functioning algorithm of which is implemented as shown in FIG. 2 structure. The input sinusoidal voltage can be introduced into the calculator using an analog-to-digital converter.

Отличительным признаком предложенного технического решения является использование математических методов регулировки частоты колебаний, обладающих высокой точностью выполняемых операций и инвариантностью к изменению частоты входного сигнала. Это обеспечивает максимальное отклонение частоты от номинального значения при частотной модуляции, вызываемое максимальным модулирующим напряжением, т.е. расширяет диапазон девиации частотной модуляции колебаний.A distinctive feature of the proposed technical solution is the use of mathematical methods for adjusting the frequency of oscillations, which have high accuracy of the operations performed and invariance to changes in the frequency of the input signal. This ensures maximum frequency deviation from the nominal value during frequency modulation caused by the maximum modulating voltage, i.e. expands the range of deviation of the frequency modulation of oscillations.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественные всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues that are characterized by a combination of features that are identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the compliance of the claimed invention with the condition of patentability "novelty".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявляемого объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанных технических результатов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed object from prototypes have shown that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the popularity of the impact provided by the essential features of the claimed invention, the transformations on the achievement of these technical results. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

В предлагаемом способе частотной модуляции регулировка частоты колебаний осуществляется следующим образом: в основном и дополнительном каналах путем изменения амплитуды сигналов с коэффициентами А и В соответственно выходные сигналы каналов объединяют и нормируют по коэффициенту

Figure 00000013
, при этом сигнал основного канала представляет собой входной сигнал синусоидальной формы, а сигнал дополнительного канала получают из входного сигнала путем его одновременного интегрирования и дифференцирования, перемножения результатов данных операций и извлечения квадратного корня из результата перемножения, причем коэффициент В выбирают равным 1, а коэффициент А задают как тангенс от интеграла модулирующего напряжения uм(t)In the proposed method of frequency modulation, the oscillation frequency is adjusted as follows: in the primary and secondary channels by changing the amplitude of the signals with coefficients A and B, respectively, the output signals of the channels are combined and normalized by the coefficient
Figure 00000013
wherein the main channel signal is a sinusoidal input signal, and the additional channel signal is obtained from the input signal by integrating and differentiating it simultaneously, multiplying the results of these operations and extracting the square root from the multiplication result, with coefficient B being chosen equal to 1, and coefficient A set as the tangent of the integral of the modulating voltage u m (t)

Figure 00000014
.
Figure 00000014
.

Устройство частотной модуляции колебаний содержит инвертор и умножитель, первый и второй интеграторы, преобразователь тангенса, первый и второй управляемые усилители, дифференциатор, элемент задержки, устройство извлечения корня, сумматор, делитель и вычислитель, причем вход несущих колебаний устройства соединен с входами первого управляемого усилителя, второго интегратора и дифференциатора, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход которого через инвертор соединен с выходом второго интегратора, выход умножителя через устройство извлечения корня соединен с входом второго управляемого усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, ко второму входу сумматора через элемент задержки подключен выход первого управляемого усилителя, выход сумматора соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом вычислителя, а выход делителя является выходом устройства частотной модуляции колебаний, причем вход модулирующего сигнала устройства частотной модуляции колебаний соединен через первый интегратор с входом преобразователя тангенса, к выходу которого подключен первый вход вычислителя и управляющий вход первого управляемого усилителя, а управляющий вход второго управляемого усилителя подключен к входу задания единицы (В=1) устройства, который соединен и со вторым входом вычислителя.A frequency modulation device for oscillations comprises an inverter and a multiplier, first and second integrators, a tangent converter, first and second controlled amplifiers, a differentiator, a delay element, a root extraction device, an adder, a divider, and a computer, the input of the carrier oscillations of the device being connected to the inputs of the first controlled amplifier, the second integrator and differentiator, the output of which is connected to the first input of the multiplier, the second input of which through the inverter is connected to the output of the second integrator, multiply the output I am connected through the root extraction device to the input of the second controlled amplifier, the output of which is connected to the first input of the adder, the output of the first controlled amplifier is connected to the second input of the adder via a delay element, the output of the adder is connected to the first input of the divider, the second input of which is connected to the output of the calculator, and the output of the divider is the output of the frequency modulation device, and the input of the modulating signal of the frequency modulation device is connected through the first integrator to the input of the pre a tangent generator, the output of which is connected to the first input of the calculator and the control input of the first controlled amplifier, and the control input of the second controlled amplifier is connected to the input of the unit unit (B = 1) of the device, which is also connected to the second input of the calculator.

На фиг. 1 показаны в качестве примера графики модулирующего синусоидального звука и колебания с переменной высокой частотой, полученного в результате частотной модуляции, где а - несущее (немодулированное) колебание; б - гармоническое модулирующее колебание; в - частотно-модулированное колебание; uн - мгновенное значение напряжения несущего колебания; uм - мгновенное значение напряжения модулирующего сигнала; uчм - мгновенное значение напряжения частотно-модулированного сигнала; t - текущее значение времени. Во время первого положительного полупериода звукового колебания частота несущего колебания возрастает, доходит до наибольшего значения, а затем возвращается к первому значению. В течение другого отрицательного полупериода звука частота несущего колебания уменьшается, доходит до наименьшего значения и снова принимает первоначальное значение. Чем больше амплитуда модулирующего сигнала, тем сильнее изменяется частота.In FIG. 1 shows, as an example, graphics of modulating sinusoidal sound and oscillations with a variable high frequency obtained as a result of frequency modulation, where a is the carrier (unmodulated) oscillation; b - harmonic modulating oscillation; in - frequency-modulated oscillation; u n is the instantaneous value of the voltage of the carrier oscillation; u m is the instantaneous voltage value of the modulating signal; u hm is the instantaneous voltage value of the frequency-modulated signal; t is the current value of time. During the first positive half-cycle of the sound vibration, the frequency of the carrier vibration increases, reaches the highest value, and then returns to the first value. During another negative half-period of sound, the frequency of the carrier wave decreases, reaches the lowest value and again assumes the original value. The larger the amplitude of the modulating signal, the stronger the frequency changes.

На фиг. 2 приведен пример структурной схемы устройства, реализующего данный способ.In FIG. 2 shows an example of a structural diagram of a device that implements this method.

Частотный модулятор содержит первый и второй интеграторы 1, 2, преобразователь тангенса 3, первый и второй управляемые усилители 4, 5, дифференциатор 6, инвертор 7, умножитель 8, элемент задержки 9, устройство извлечения корня 10, сумматор 11, делитель 12 и вычислитель 13, реализующий зависимость

Figure 00000015
. Преобразователь тангенса 3 реализует тангенциальную зависимость между его входом и выходом.The frequency modulator contains the first and second integrators 1, 2, the tangent converter 3, the first and second controlled amplifiers 4, 5, the differentiator 6, the inverter 7, the multiplier 8, the delay element 9, the root extractor 10, the adder 11, the divider 12, and the calculator 13 implementing dependency
Figure 00000015
. The tangent converter 3 implements a tangential relationship between its input and output.

Вход несущих колебаний устройства частотной модуляции колебаний соединен с входом первого управляемого усилителя 4, входом дифференциатора 6 и второго интегратора 2. Выход дифференциатора 6 соединен с первым входом умножителя 8. Выход второго интегратора 2 через инвертор 7 соединен со вторым входом умножителя 8, выход которого через устройство извлечения корня 10 соединен с входом второго управляемого усилителя 5, выход которого соединен с первым входом сумматора 11. Ко второму входу сумматора 11 через элемент задержки 9 подключен выход первого управляемого усилителя 4. Выход сумматора 11 соединен с первым входом делителя 12, второй вход которого соединен с выходом вычислителя 13. Вход модулирующего сигнала устройства частотной модуляции колебаний соединен через первый интегратор 1 с входом преобразователя тангенса 3, к выходу которого, где формируется параметр А, подключен первый вход вычислителя 13 и управляющий вход первого управляемого усилителя 4, а управляющий вход второго управляемого усилителя 5 подключен к входу задания единицы (В=1) устройства и ко второму входу вычислителя 13.The input of the carrier oscillations of the frequency modulation device is connected to the input of the first controlled amplifier 4, the input of the differentiator 6 and the second integrator 2. The output of the differentiator 6 is connected to the first input of the multiplier 8. The output of the second integrator 2 through the inverter 7 is connected to the second input of the multiplier 8, the output of which the root extraction device 10 is connected to the input of the second controlled amplifier 5, the output of which is connected to the first input of the adder 11. To the second input of the adder 11 through the delay element 9 is connected the output of the first about the controlled amplifier 4. The output of the adder 11 is connected to the first input of the divider 12, the second input of which is connected to the output of the calculator 13. The input of the modulating signal of the frequency modulation device is connected through the first integrator 1 to the input of the tangent converter 3, to the output of which, where parameter A is formed , the first input of the calculator 13 and the control input of the first controlled amplifier 4 are connected, and the control input of the second controlled amplifier 5 is connected to the unit input input (B = 1) of the device and calculate the second input I'm 13.

Рассмотрим реализацию способа частотной модуляции на примере работы устройства, которое приведено на фиг. 2. Рассматриваемое устройство работает следующим образом. Несущие колебания asin(ω0t), частота которых модулируется в предлагаемом устройстве, подается на его вход и далее одновременно на входы первого управляемого усилителя 4, дифференциатора 6 и второго интегратора 2, где после дифференцирования на дифференциаторе 6 поступает на первый вход множителя 8 и интегрирования на втором интеграторе 2 через инвертор 7 поступает на второй вход умножителя 8. После перемножения в умножителе 8 сигнал поступает на вход устройства извлечения корня 10 и далее на вход второго управляемого усилителя 5. Коэффициент усиления первого управляемого усилителя 4, пропорциональный параметру А, формируется на выходе преобразователя тангенса 3 в виде соответствующих кодов, на вход которого поступает после интегрирования на первом интеграторе 1 и преобразования преобразователем тангенса 3 напряжение со входа модулирующего сигнала устройства частотной модуляции колебаний. Коэффициент усиления второго управляемого усилителя 5 задается равным единицы (В=1). Сигнал с выхода второго управляемого усилителя 5 поступает на первый вход сумматора 11, а сигнал с выхода первого управляемого усилителя 4, задержанный элементом задержки 9 на время, необходимое для их одновременной подачи, поступает на второй вход сумматора 11, где происходит операция их суммирования. Сигнал с выхода сумматора 11 поступает на первый вход делителя 12, на второй вход которого поступает с выхода вычислителя 13 сигнал, пропорциональный величине

Figure 00000016
.Consider the implementation of the frequency modulation method by the example of the operation of the device, which is shown in FIG. 2. The device in question works as follows. The carrier oscillations a sin (ω 0 t), the frequency of which is modulated in the proposed device, is fed to its input and then simultaneously to the inputs of the first controlled amplifier 4, the differentiator 6 and the second integrator 2, where after differentiation on the differentiator 6 it goes to the first input of the factor 8 and integration on the second integrator 2 through the inverter 7 is fed to the second input of the multiplier 8. After multiplying in the multiplier 8, the signal is fed to the input of the root extraction device 10 and then to the input of the second controlled amplifier 5. The gain of the first controlled amplifier 4, proportional to parameter A, is formed at the output of the tangent converter 3 in the form of corresponding codes, the input of which comes after integration on the first integrator 1 and conversion of the tangent converter 3 by the voltage from the input of the modulating signal of the frequency modulation device. The gain of the second controlled amplifier 5 is set equal to unity (B = 1). The signal from the output of the second controlled amplifier 5 is fed to the first input of the adder 11, and the signal from the output of the first controlled amplifier 4, delayed by the delay element 9 by the time required for their simultaneous supply, is fed to the second input of the adder 11, where the operation of summing them takes place. The signal from the output of the adder 11 is fed to the first input of the divider 12, the second input of which receives from the output of the calculator 13 a signal proportional to
Figure 00000016
.

Таким образом, на выходе делителя 12, который является выходом рассматриваемого устройства, формируется в соответствии с приведенными выражениями сигналThus, at the output of the divider 12, which is the output of the device in question, a signal is generated in accordance with the above expressions

Figure 00000017
,
Figure 00000017
,

где s(t) - нормированный модулирующий сигнал

Figure 00000018
, соответствующий закону модулирования несущего колебания, Kчм - коэффициент пропорциональности, связывающий отклонение Δωчм частоты ω(t) от своего номинального значения ω0, равное Δωчм=ω(t)-ω0, и величину модулирующего напряжения uм(t), вызывающего это отклонение, рад/(В·с), Kчмs(t)=uм(t) - мгновенное значение напряжения модулирующего напряжения.where s (t) is the normalized modulating signal
Figure 00000018
According to the law for modulating the carrier wave, K FM - proportionality factor linking the FM frequency deviation Δω ω (t) from its nominal value ω 0 equal FM Δω = ω (t) -ω 0, and the magnitude of the modulating voltage u m (t) causing this deviation, rad / (V · s), K hm s (t) = u m (t) is the instantaneous voltage value of the modulating voltage.

В заключение следует отметить, что в предлагаемом способе модуляции колебаний при необходимости несущее колебание и закон модулирования несущего колебания должны быть синхронизированы по входам. В случае же не синхронизации несущего колебания и закона модулирования несущего колебания возникает дополнительный фазовый сдвиг в выходном сигнале, который определяется рассогласованием несущего колебания и напряжения, реализующего закон модулирования несущего колебания, что не влияет на модуляцию несущего колебания по частоте.In conclusion, it should be noted that in the proposed method for modulating oscillations, if necessary, the carrier oscillation and the law of modulation of the carrier oscillation should be synchronized at the inputs. In the case of non-synchronization of the carrier wave and the law of modulation of the carrier wave, an additional phase shift occurs in the output signal, which is determined by the mismatch of the carrier wave and voltage, which implements the law of modulation of the carrier wave, which does not affect the modulation of the carrier wave in frequency.

Благодаря использованию в описанном устройстве математических методов регулировка частоты сигнала характеризуется достаточно широкой ее универсальностью.Due to the use of mathematical methods in the described device, the adjustment of the signal frequency is characterized by its rather wide universality.

Claims (2)

1. Способ частотной модуляции колебаний, включающий изменение по закону модулирующего сигнала частоты несущего колебания, отличающийся тем, что управление частотой несущего колебания осуществляют в основном и дополнительном каналах путем изменения амплитуды сигналов с коэффициентами A и B соответственно, выходные сигналы каналов объединяют и нормируют по коэффициенту
Figure 00000019
, при этом сигнал основного канала представляет собой входной сигнал синусоидальной формы, а сигнал дополнительного канала получают из входного сигнала путем его одновременного интегрирования и дифференцирования, перемножения результатов данных операций и извлечения квадратного корня из результата перемножения, причем коэффициент В выбирают равным 1, а коэффициент А задают как тангенс от интеграла модулирующего напряжения
Figure 00000020
1. A method of frequency modulation of oscillations, including a change in accordance with the law of a modulating signal of the frequency of the carrier wave, characterized in that the control of the frequency of the carrier wave is carried out in the primary and secondary channels by changing the amplitude of the signals with coefficients A and B, respectively, the output signals of the channels are combined and normalized by the coefficient
Figure 00000019
wherein the main channel signal is a sinusoidal input signal, and the additional channel signal is obtained from the input signal by integrating and differentiating it simultaneously, multiplying the results of these operations and extracting the square root from the multiplication result, with coefficient B being chosen equal to 1, and coefficient A set as the tangent of the modulating voltage integral
Figure 00000020
 2. Устройство частотной модуляции колебаний содержит инвертор и умножитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит первый и второй интеграторы, преобразователь тангенса, первый и второй управляемые усилители, дифференциатор, элемент задержки, устройство извлечения корня, сумматор, делитель и вычислитель, причем вход несущих колебаний устройства соединен с входами первого управляемого усилителя, второго интегратора и дифференциатора, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход которого через инвертор соединен с выходом второго интегратора, выход умножителя через устройство извлечения корня соединен с входом второго управляемого усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, ко второму входу сумматора через элемент задержки подключен выход первого управляемого усилителя, выход сумматора соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом вычислителя, а выход делителя является выходом устройства частотной модуляции колебаний, причем вход модулирующего сигнала устройства частотной модуляции колебаний соединен через первый интегратор с входом преобразователя тангенса, к выходу которого подключен первый вход вычислителя и управляющий вход первого управляемого усилителя, а управляющий вход второго управляемого усилителя подключен к входу задания единицы (B=1) устройства, который соединен и со вторым входом вычислителя. 2. The device for frequency modulation of oscillations contains an inverter and a multiplier, characterized in that it further comprises first and second integrators, a tangent converter, first and second controlled amplifiers, a differentiator, a delay element, a root extraction device, an adder, a divider and a computer, the input of the carrier oscillations the device is connected to the inputs of the first controlled amplifier, the second integrator and differentiator, the output of which is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is connected through the inverter with the output of the second integrator, the output of the multiplier through the root extraction device is connected to the input of the second controlled amplifier, the output of which is connected to the first input of the adder, the output of the first controlled amplifier is connected to the second input of the adder through the delay element, the output of the adder is connected to the first input of the divider, the second input of which connected to the output of the calculator, and the output of the divider is the output of the frequency modulation device, and the input of the modulating signal of the frequency modulation device connected through the first integrator to the input of the tangent converter, the output of which is connected to the first input of the calculator and the control input of the first controlled amplifier, and the control input of the second controlled amplifier is connected to the job input unit (B = 1) of the device, which is connected to the second input of the calculator.
RU2015135735/08A 2015-08-24 2015-08-24 Method for frequency modulation of oscillations and device therefor RU2595638C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015135735/08A RU2595638C1 (en) 2015-08-24 2015-08-24 Method for frequency modulation of oscillations and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015135735/08A RU2595638C1 (en) 2015-08-24 2015-08-24 Method for frequency modulation of oscillations and device therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2595638C1 true RU2595638C1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56892151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015135735/08A RU2595638C1 (en) 2015-08-24 2015-08-24 Method for frequency modulation of oscillations and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2595638C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU206338U1 (en) * 2021-06-17 2021-09-06 Автономная некоммерческая организация высшего образования «Университет Иннополис» Central rhythm generator for generating signals to control the gait of a walking robot

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237586A (en) * 1992-03-25 1993-08-17 Ericsson-Ge Mobile Communications Holding, Inc. Rake receiver with selective ray combining
RU2114498C1 (en) * 1995-11-27 1998-06-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method and device for frequency modulation
RU2273947C2 (en) * 2003-11-19 2006-04-10 Новочеркасский военный институт связи Method for detecting frequency-modulated oscillations
RU2552150C1 (en) * 2014-06-26 2015-06-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Method of detection of sine signal parameters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237586A (en) * 1992-03-25 1993-08-17 Ericsson-Ge Mobile Communications Holding, Inc. Rake receiver with selective ray combining
RU2114498C1 (en) * 1995-11-27 1998-06-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method and device for frequency modulation
RU2273947C2 (en) * 2003-11-19 2006-04-10 Новочеркасский военный институт связи Method for detecting frequency-modulated oscillations
RU2552150C1 (en) * 2014-06-26 2015-06-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Method of detection of sine signal parameters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU206338U1 (en) * 2021-06-17 2021-09-06 Автономная некоммерческая организация высшего образования «Университет Иннополис» Central rhythm generator for generating signals to control the gait of a walking robot

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2115222C1 (en) Phase-angle corrector for power amplifier feedback circuit (options)
RU94033150A (en) DEVICE FOR COMPENSATION OF PHASE ROTATION IN THE END OF THE AMPLIFIER
US8044745B2 (en) Method and apparatus for applying clock phase and frequency offset
JP2001045085A (en) Orthogonal signal generating circuit and orthogonal signal generating method
RU2595638C1 (en) Method for frequency modulation of oscillations and device therefor
US20040053594A1 (en) Siingle sideband mixer and method of extracting single sideband signal
JPS6031368B2 (en) band wave generator
JPS60203045A (en) Phase locking detection demodulator
JP3717856B2 (en) Frequency measuring device
RU80638U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING SIGNAL PARAMETERS WITH SQUARE MODULATION
RU92584U1 (en) DIGITAL SIGNALS FORMER WITH MINIMUM FREQUENCY SHIFT
RU2260901C1 (en) Method and device for angle modulation of signal
RU2374753C2 (en) Method of detecting phase-modulated oscillations
JP3259100B2 (en) Modulator
JP2837914B2 (en) AFC device
RU2114498C1 (en) Method and device for frequency modulation
JP2986254B2 (en) AFC device
RU2216848C2 (en) Method for converting periodic signal frequency deviation
RU2224354C2 (en) Method for converting periodic-signal phase deviation
RU2214034C2 (en) Device to convert deviation of frequency of periodic signal
JPS5913405A (en) Envelope detector
RU2231211C2 (en) Device for converting periodic signal phase deviation
SU1631699A1 (en) Single-sideband signal demodulator
EP2797225B1 (en) Method of and apparatus for demodulating an amplitude modulated signal
JP2837915B2 (en) AFC device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180825