RU2599964C1 - Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor - Google Patents
Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599964C1 RU2599964C1 RU2015110178/08A RU2015110178A RU2599964C1 RU 2599964 C1 RU2599964 C1 RU 2599964C1 RU 2015110178/08 A RU2015110178/08 A RU 2015110178/08A RU 2015110178 A RU2015110178 A RU 2015110178A RU 2599964 C1 RU2599964 C1 RU 2599964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- terminal
- resistive
- low
- modulated signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 24
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 10
- 230000009365 direct transmission Effects 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 8
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 27
- 101000614028 Vespa velutina Phospholipase A1 verutoxin-1 Proteins 0.000 description 7
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/38—DC amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и могут быть использованы для создания многофункциональных устройств усиления амплитуды и демодуляции частотно-модулированных сигналов с увеличенным квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики при произвольных заданных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи и нагрузки.The invention relates to the fields of radio communication, radar, radio navigation and electronic warfare and can be used to create multifunctional devices for amplifying the amplitude and demodulating frequency-modulated signals with an increased quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic for arbitrary given characteristics of a nonlinear element, external feedback circuit and load.
Известен способ усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением [Радиоприемные устройства. Под общей редакцией В.И. Сифорова. - М: Советское радио, 1974, с. 137-150], выполнении условий усиления путем согласования с заданным допуском отрицательного сопротивления с сопротивлением остальной части усилителя. Входную часть выполняют из параллельного колебательного контура. Выходную часть усилителя выполняют из фильтра нижних частот (ФНЧ), разделительной емкости и низкочастотной нагрузки [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М: Советское радио, 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316]. Если средняя частота входного частотно-модулированного сигнала (ЧМС) совпадает со средней частотой левого склона амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебательного контура, то ЧМС преобразуется в амплитудно-модулированный ЧМС (АЧМС). Нелинейный элемент разрушает (расщепляет) спектр АЧМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие, ФНЧ выделяет низкочастотные составляющие, а остальные подавляет. Разделительная емкость устраняет постоянную составляющую. На низкочастотную нагрузку поступает низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС. В результате одновременно обеспечивается усиление и демодуляция ЧМС.A known method of amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal, based on the use of the energy of a constant voltage source, the organization of internal feedback in a nonlinear element by using a bipolar nonlinear element with negative differential resistance [Radio receivers. Under the general editorship of V.I. Siforova. - M: Soviet Radio, 1974, p. 137-150], the fulfillment of the amplification conditions by matching with a given tolerance of negative resistance with the resistance of the rest of the amplifier. The input part is made of a parallel oscillatory circuit. The output part of the amplifier is performed from a low-pass filter (low-pass filter), separation capacitance and low-frequency load [Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. - M: Soviet Radio, 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316]. If the average frequency of the input frequency-modulated signal (HMS) coincides with the average frequency of the left slope of the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the oscillating circuit, then the HMS is converted to an amplitude-modulated ChMS (AHMS). A nonlinear element destroys (splits) the frequency response spectrum into high-frequency and low-frequency components, the low-pass filter selects low-frequency components, and suppresses the rest. The separation capacity eliminates the constant component. A low-frequency signal arrives at a low-frequency load, the amplitude of which changes according to the law of changing the frequency of the input HMS. As a result, amplification and demodulation of ChMS is simultaneously provided.
Известно устройство усиления и частотной модуляции, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольт-амперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением [Радиоприемные устройства. Под общей редакцией В.И. Сифорова. - М.: Советское радио, 1974, с. 137-150], входной цепи из параллельного колебательного контура и реактивного четырехполюсника, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника выбраны из условия совпадения средней частоты левого склона АЧХ и средней частоты входного ЧМС и одновременного усиления амплитуды ЧМС. [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М: Советское радио, 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316]. Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) рабочая точка нелинейного элемента устанавливается на падающем участке его вольт-амперной характеристики. Благодаря наличию внутренней обратной связи в двухполюсном нелинейном элементе на участке с падающей вольт-амперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника компенсирует потери в во всей цепи с заданным допуском. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона колебательного контура, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольт-амперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость устраняет постоянную составляющую. НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку. Происходит демодуляция ЧМС. Недостатком способа и устройства является простое суммирование функций усиления и частотной демодуляции. Если устройство эффективно в режиме усиления, то оно не эффективно в режиме частотной модуляции, и наоборот, если устройство эффективно в режиме частотной модуляции, то оно не эффективно в режиме усиления. Поэтому в общем случае возникают нежелательные частотные или нелинейные искажения в одном из режимов.A device for amplification and frequency modulation, consisting of a constant voltage source that sets the operating point in the middle of the falling section of the current-voltage characteristics of the bipolar nonlinear element with negative differential resistance [Radio receivers. Under the general editorship of V.I. Siforova. - M .: Soviet Radio, 1974, p. 137-150], an input circuit from a parallel oscillatory circuit and a reactive four-terminal, while the parameters of the circuit, a two-pole nonlinear element and a four-terminal are selected from the condition that the average frequency of the left slope of the frequency response and the average frequency of the input HMS coincide and the amplitude of the HMS is amplified simultaneously. [Honorovsky I.S. Radio circuits and signals. - M: Soviet Radio, 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316]. The principle of operation of this device is as follows. When you turn on the DC voltage (current) source, the operating point of the nonlinear element is set on the falling section of its current-voltage characteristics. Due to the presence of internal feedback in a bipolar nonlinear element, a negative differential resistance arises in a section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal, compensates for losses in the entire circuit with a given tolerance. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of the oscillating circuit is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic, and the input HMS is converted to AFM. A nonlinear element splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter isolates the low-frequency component, and suppresses the others, and the separation capacitance eliminates the constant component. The low-frequency component, the amplitude of which changes according to the law of changing the frequency of the input HMS, enters the low-frequency load. There is demodulation of the emergency response. The disadvantage of this method and device is the simple summation of the gain and frequency demodulation functions. If the device is effective in gain mode, then it is not effective in frequency modulation mode, and vice versa, if the device is effective in frequency modulation mode, then it is not effective in gain mode. Therefore, in the general case, undesirable frequency or nonlinear distortions occur in one of the modes.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, организации цепи прямой передачи (ЦПП) и цепи внешней обратной связи (ОС), выполнении условий усиления путем согласования с заданным допуском ОС и ЦПП с остальной частью усилителя. Если средняя частота входного ЧМС совпадает со средней частотой левого склона АЧХ, а выходом остальной части усилителя является фильтр нижних частот и низкочастотная нагрузка, то одновременно с усилением произойдет преобразование ЧМС в АЧМС, амплитуда которого будет изменяться по закону изменения частоты входного ЧМС, а также амплитудная демодуляция АЧМС с формированием на низкочастотной нагрузке НЧ сигнала, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС. [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М: Советское радио, 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316].The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal, based on the use of energy from a constant voltage source, organization of a direct transmission circuit (DPC) and external feedback circuit (OS), the fulfillment of amplification conditions by agreement with the specified tolerance of the OS and the CPU with the rest of the amplifier. If the average frequency of the input HMC coincides with the average frequency of the left slope of the frequency response, and the output of the rest of the amplifier is a low-pass filter and a low-frequency load, then simultaneously with the amplification, the HMS will be converted to AHMS, the amplitude of which will change according to the law of the frequency of the input HMS, as well as the amplitude AFMD demodulation with the formation of a low-frequency load of the LF signal, the amplitude of which varies according to the law of the frequency of the input HMS. [Honorovsky I.S. Radio circuits and signals. - M: Soviet Radio, 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольт-амперной характеристики транзистора, цепи прямой передачи в виде первого четырехполюсника для согласования выходного электрода транзистора и нагрузки, входной цепи в виде параллельного колебательного контура, RC-цепи внешней положительной обратной связи (в общем виде - второго четырехполюсника для согласования управляющего электрода транзистора и нагрузки) между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, выходной цепи в виде ФНЧ, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, при этом параметры контура, цепи прямой передачи, цепи обратной связи и транзистора выбраны из условия совпадения средней частоты левого склона АЧХ всего устройства и средней частоты входного ЧМС и одновременного усиления амплитуды ЧМС [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М: Советское радио, 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316].The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device for amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source that sets an operating point in the middle of the quasilinear section of the transient current-voltage characteristic of the transistor, a direct transmission circuit in the form of a first four-terminal device for matching the output transistor electrode and load, input circuit in the form of a parallel oscillatory circuit, RC circuit of the external positive back communication (in general, the second four-terminal network for matching the control electrode of the transistor and the load) between the load and the control electrode of the transistor, the output circuit in the form of a low-pass filter, isolation capacitance and low-frequency load, while the parameters of the circuit, direct current circuit, feedback circuit and transistor selected from the condition of coincidence of the average frequency of the left slope of the frequency response of the entire device and the average frequency of the input HMS and the simultaneous amplification of the amplitude of the HMS [Gonorovsky IS Radio circuits and signals. - M: Soviet Radio, 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316].
Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) рабочая точка нелинейного элемента устанавливается на середине квазилинейного участка его проходной вольт-амперной характеристики. Благодаря наличию внешней обратной связи, согласования с помощью реактивных четырехполюсников выходного электрода с нагрузкой и нагрузки с управляющим электродом, потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для устранения возможности возбуждения устройства. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона колебательного контура, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка вольт-амперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость устраняет постоянную составляющую, НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку. Происходит демодуляция ЧМС. Недостатком способа и устройства является простое совмещение функций усиления и частотной демодуляции. Общим недостатком всех известных способов и устройств является то, что отсутствуют технические решения, способствующие обеспечению режима усиления и режима частотной демодуляции с помощью одного радиотехнического устройства. Если в режиме частотной демодуляции достигнут минимум нелинейных и частотных искажений, то в режиме усиления эти искажения будут максимальными, и наоборот, если в режиме усиления достигнут минимум нелинейных и частотных искажений, то в режиме частотной демодуляции эти искажения будут максимальными. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств усиления и частотной демодуляции в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых, кроме того, обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. Кроме того, частотную демодуляцию и усиление можно обеспечить при наличии резистивных четырехполюсников, параметры которых не зависят от частоты в достаточно большом диапазоне частот, что при определенных условиях способствует увеличению квазилинейного участка частотной демодуляционной характеристики, обеспечению заданного коэффициента усиления и динамического диапазона. Это обеспечивает минимум нелинейных и частотных искажений. Основой для данного изобретения является определение указанных условий.The principle of operation of this device is as follows. When a constant voltage (current) source is turned on, the operating point of the nonlinear element is set in the middle of the quasilinear section of its through-current voltage-current characteristic. Due to the presence of external feedback, matching the output electrode with the load and the load with the control electrode using reactive four-terminal devices, the losses in the entire circuit are compensated with a certain tolerance necessary to eliminate the possibility of excitation of the device. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of the oscillating circuit is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear portion of the current-voltage characteristic, and the input HMS is converted to AFM. A nonlinear element splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter isolates the low-frequency component, and suppresses the others, the separation capacitance eliminates the constant component, the low-frequency component, the amplitude of which changes according to the law of the frequency of the input frequency, is applied to the low-frequency load. There is demodulation of the emergency response. The disadvantage of this method and device is the simple combination of amplification and frequency demodulation. A common disadvantage of all known methods and devices is that there are no technical solutions that contribute to providing a gain mode and a frequency demodulation mode using a single radio device. If a minimum of nonlinear and frequency distortion is achieved in the frequency demodulation mode, then in the amplification mode these distortions will be maximum, and vice versa, if a minimum of nonlinear and frequency distortion is achieved in the amplification mode, then these distortions will be maximum in the frequency demodulation mode. This question arises especially sharply when designing amplification and frequency demodulation devices in the HF and UHF bands, on which, in addition, it is necessary to take into account the reactive components of the parameters of nonlinear elements. Currently, the classical theory of radio circuits does not take this into account. In addition, frequency demodulation and amplification can be achieved with resistive quadripoles, the parameters of which are independent of the frequency in a sufficiently large frequency range, which under certain conditions contributes to an increase in the quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic, providing a given gain and dynamic range. This ensures a minimum of non-linear and frequency distortion. The basis for this invention is the definition of these conditions.
Техническим результатом изобретения является усиление и частотная демодуляция высокочастотного сигнала с помощью устройства с увеличенным динамическим диапазоном и квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики благодаря согласованию с помощью резистивного четырехполюсника по критерию формирования квазилинейного участка левого склона АЧХ, совпадающего с диапазоном изменения частоты входного ЧМС. Возможность использования различных вариантов включения трехполюсного нелинейного элемента относительно резистивного четырехполюсника и различных видов обратной связи расширяет возможности физической реализуемости этого результата.The technical result of the invention is the amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal using a device with an increased dynamic range and a quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic due to matching with a resistive four-terminal device according to the criterion for the formation of a quasilinear portion of the left slope of the frequency response that matches the frequency range of the input HMS. The possibility of using various options for including a three-pole nonlinear element with respect to a resistive four-terminal and various types of feedback expands the possibilities of the physical feasibility of this result.
1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, основанном на использовании энергии источника постоянного напряжения, взаимодействии частотно-модулированного сигнала с устройством, которое выполняют из цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, выполнении условий согласования цепи прямой передачи с цепью внешней обратной связи, условий согласования цепи внешней обратной связи с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, условий согласования цепи прямой передачи и цепи внешней обратной связи с остальной частью устройства с заданным допуском, преобразовании частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал на левом склоне амплитудно-частотной характеристики, расщеплении спектра амплитудно-частотно-модулированного сигнала на низкочастотные и высокочастотные составляющие с помощью трехполюсного нелинейного элемента, выделении низкочастотной составляющей с помощью фильтра нижних частот, устранении постоянной составляющей с помощью разделительной емкости и получении на низкочастотной нагрузке низкочастотного сигнала, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты частотно-модулированного сигнала, дополнительно четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, параллельно подключенный к трехполюсному нелинейному элементу, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, значение модуля mр передаточной функции и резонансную частоту устройства выбирают из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты частотно-модулированного сигнала, условия согласования по критерию одновременного обеспечения усиления и частотной демодуляции выполняют путем реализации заданного значения mр на резонансной частоте за счет выбора значений параметров резистивного четырехполюсника в соответствии со следующими математическими выражениями:1. The specified result is achieved by the fact that in the known method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals, based on the use of energy from a constant voltage source, the interaction of the frequency-modulated signal with a device that is performed from a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, four-terminal, circuit external feedback, low-pass filter, separation capacitance and low-frequency load, meeting the conditions for matching the forward circuit with the external feedback circuit conditions for matching the external feedback circuit with the control electrode of a three-pole nonlinear element, matching conditions for the direct transmission circuit and the external feedback circuit with the rest of the device with a given tolerance, converting the frequency-modulated signal into an amplitude-frequency-modulated signal on the left slope of the amplitude frequency response, splitting the spectrum of the amplitude-frequency-modulated signal into low-frequency and high-frequency components using a three-pole nonlinear element, isolating the low-frequency component using a low-pass filter, eliminating the constant component using a dividing capacitance, and receiving a low-frequency signal at a low-frequency load, the amplitude of which changes according to the law of frequency change of the frequency-modulated signal, additionally, the four-terminal network is made resistive as an external feedback circuit use an arbitrary complex four-terminal, connected in parallel to a three-pole nonlinear element, a three-pole not the linear element and the feedback circuit as a single node cascade between the source of the frequency-modulated signal with complex resistance and the input of the resistive four-terminal, between the output of the resistive four-terminal and the low-pass filter include a high-frequency load in the form of a two-terminal with complex resistance, the module value m r of the transfer function and the resonant frequency of the device is selected from the conditions for the formation of a given slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic line providers device in a predetermined frequency band coinciding with the range of change of frequency of the frequency modulated signal matching conditions for the criterion simultaneously provide gain and frequency demodulation is accomplished by implementing a predetermined value m p at a resonant frequency by selecting the parameter values of the resistance of quadripole according to the following mathematical expressions :
где Where
- отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи резистивного четырехполюсника a, b, c, d; r0, rн, x0, xн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; g11, b11, g12, b12, g21, b21 g22, b22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей цепи внешней обратной связи на резонансной частоте. - the ratio of the corresponding elements of the classical transmission matrix of the resistive quadrupole a, b, c, d; r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; g 11 , b 11 , g 12 , b 12 , g 21 , b 21 g 22 , b 22 - given total values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements of a three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements external feedback at the resonant frequency.
2. Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, выполненном из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, дополнительно четырехполюсник выполнен резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, параллельно подключенный к трехполюсному нелинейному элементу, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включена высокочастотная нагрузка в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, резистивный четырехполюсник выполнен в виде обратного Г-образного соединения двух резистивных двухполюсников с сопротивлениями r1, r2, значения которых выбраны из условия согласования по критерию одновременного обеспечения усиления и частотной демодуляции в соответствии со следующими математическими выражениями:2. The specified result is achieved by the fact that in the known device for amplification and demodulation of frequency-modulated signals made from a constant voltage source, a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, four-terminal, external feedback circuit, low-pass filter, separation capacitance and low-frequency load , additionally the four-terminal is made resistive, as an external feedback circuit an arbitrary complex four-terminal is used, connected in parallel to a three-pole to a non-linear element, a three-pole non-linear element and a feedback circuit as a single node are cascaded between the source of the frequency-modulated signal with complex resistance and the input of the resistive four-terminal, between the output of the resistive four-terminal and the low-pass filter, a high-frequency load in the form of a two-terminal with complex resistance, a resistive four-pole formed as an inverse T-shaped connections with two two-terminal resistive resistances r 1, r 2, then I which are selected from the condition of matching the criterion simultaneously provide gain and frequency demodulation in accordance with the following mathematical expressions:
где Where
r0, rн, х0, хн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; g11, b11, g12, b12, g21, b21, g22, b22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей цепи внешней обратной связи на резонансной частоте; r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; g 11 , b 11 , g 12 , b 12 , g 21 , b 21 , g 22 , b 22 - given total values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements of a three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements external feedback circuits at a resonant frequency;
значение резонансной частоты и величина заданного и реализуемого модуля mр передаточной функции на резонансной частоте выбраны из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты входного частотно-модулированного сигнала.the value of the resonant frequency and the value of the given and realized module m r of the transfer function at the resonant frequency are selected from the condition for the formation of the specified slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the device in a given frequency band that matches the frequency range of the input frequency-modulated signal.
На фиг. 1 показана схема устройства усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.In FIG. 1 shows a diagram of a device for amplification and demodulation of frequency-modulated signals (prototype) that implements the prototype method.
На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п. 2., реализующая предлагаемый способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов по п. 1.In FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed device according to claim 2., which implements the proposed method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals according to
На фиг. 3. приведена схема согласующего резистивного четырехполюсника, входящего в состав предлагаемого устройства (фиг. 2).In FIG. 3. The diagram of the matching resistive four-port network, which is part of the proposed device (Fig. 2).
Устройство-прототип (Фиг. 1), реализующее способ-прототип, содержит цепь прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента VT-1, подключенного к источнику постоянного напряжения Е0-2, согласующего устройства СУ-3 в виде реактивного четырехполюсника. К цепи прямой передачи (ЦПП) подключена цепь обратной связи ОС-4. К выходу узла из ЦПП и ОС как единого целого подключены ФНЧ-5, разделительная емкость СP-6 и низкочастотная нагрузка Rн-7. Между источником ЧМС с сопротивлением z0-8 и входом ЦПП и ОС параллельно включен параллельный колебательный контур КК-9 на элементах L, R, C.The prototype device (Fig. 1), which implements the prototype method, contains a direct transmission circuit in the form of a three-pole non-linear element VT-1 connected to a constant voltage source E 0 -2, a matching device SU-3 in the form of a four-terminal reactive. An OS-4 feedback circuit is connected to the direct transmission circuit (DPC). An LPF-5, a separation capacitance C P -6 and a low-frequency load R n -7 are connected to the node output from the CPP and OS as a whole. A parallel oscillatory circuit KK-9 on elements L, R, C is connected in parallel between the source of the ChMS with resistance z 0 -8 and the input of the CPU and OS.
Принцип действия устройства усиления и демодуляции ЧМС (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.The principle of operation of the device for amplification and demodulation of the ChMS (prototype) that implements the prototype method is as follows.
При включении источника постоянного напряжения (тока) Е0-2 рабочая точка нелинейного элемента VT-1 устанавливается на середине квазилинейного участка его проходной вольт-амперной характеристики. Благодаря согласованию с помощью СУ-3 выходного электрода с ОС-4 и ОС-4 с управляющим электродом, в цепи возникает отрицательное сопротивление и потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для устранения возможности возбуждения устройства. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона КК-9, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка вольт-амперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент VT-1 расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ-5 выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость СP-6 устраняет постоянную составляющую. НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку Rн-7. Происходит демодуляция ЧМС.When you turn on the source of constant voltage (current) E 0 -2, the operating point of the non-linear element VT-1 is set in the middle of the quasilinear section of its through-voltage-current characteristic. Due to the coordination of the output electrode with OS-4 and OS-4 with the control electrode using SU-3, negative resistance arises in the circuit and losses in the entire circuit are compensated with a certain tolerance necessary to eliminate the possibility of excitation of the device. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of KK-9 is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear portion of the current-voltage characteristic, and the input HMS is converted to AFM. The non-linear element VT-1 splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter-5 isolates the low-frequency component, and suppresses the rest, the separation capacitance C P -6 eliminates the constant component. The low-frequency component, the amplitude of which varies according to the law of changing the frequency of the input HMS, enters the low-frequency load R n -7. There is demodulation of the emergency response.
Недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше. Предлагаемое устройство по п. 2 (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ по п. 1, содержит трехполюсный нелинейный элемент VT-1 с известными элементами матрицы проводимостей нелинейного элемента (VT)
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. При включении источника постоянного напряжения (тока) Е0-2 рабочая точка нелинейного элемента VT-1 устанавливается на начальном участке его проходной вольт-амперной характеристики (режим работы с отсечкой, позволяющий разрушать спектр сигнала). Благодаря согласованию ЦПП и ОС как единого целого с помощью СРЧ-11 с остальной частью устройства в цепи возникает отрицательное сопротивление и потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для усиления амплитуды и устранения возможности возбуждения устройства, а также формируется левый склон АЧХ с заданной крутизной в заданной полосе частот. Происходит увеличение квазилинейного участка левого склона АЧХ. Благодаря этому, входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона АЧХ, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка левого склона АЧХ, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Происходит увеличение амплитуды АЧМС на квазилинейном участке левого склона АЧХ, что равносильно увеличению динамического диапазона. Нелинейный элемент VT-1 расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ-5 выделяет НЧ составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость СР-6 устраняет постоянную составляющую, НЧ составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку Rн-7. Происходит демодуляция ЧМС, частотные и нелинейные искажения уменьшаются. Коэффициент детектирования увеличивается в число раз, равное коэффициенту усиления - модулю передаточной функции высокочастотной части (до фильтра нижних частот) предлагаемого устройства.The proposed device operates as follows. When you turn on the source of constant voltage (current) E 0 -2, the operating point of the non-linear element VT-1 is set at the initial section of its through-current voltage-current characteristic (operating mode with cut-off, which allows to destroy the signal spectrum). Due to the coordination of the DPC and the OS as a whole with the help of the RF system-11 with the rest of the device, negative resistance arises in the circuit and losses in the entire circuit are compensated with a certain tolerance necessary to amplify the amplitude and eliminate the possibility of excitation of the device, and the left slope of the frequency response with a given steepness in a given frequency band. An increase in the quasilinear portion of the left slope of the frequency response occurs. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of the frequency response is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear section of the left slope of the frequency response, and the input HMS is converted to AFM. There is an increase in the amplitude of the AFM in the quasilinear section of the left slope of the frequency response, which is equivalent to an increase in the dynamic range. The non-linear element VT-1 splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter-5 separates the low-frequency component, and suppresses the rest, the separation capacitance C P -6 eliminates the constant component, the low-frequency component, the amplitude of which changes according to the law of the frequency of the input HMS, goes low-frequency load R n -7. FMD demodulation occurs, frequency and nonlinear distortions are reduced. The detection coefficient increases by a factor equal to the gain — the transfer function module of the high-frequency part (up to the low-pass filter) of the proposed device.
Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.
Введем обозначения зависимостей сопротивления источника сигнала z01=r0+jx0, нагрузки zн2=rн+jxн и зависимостей элементов матрицы проводимостей нелинейного элемента (VT) и цепи внешней обратной связи (ОС) от частоты. При параллельном соединении четырехполюсников их матрицы проводимостей складываются. Суммарные зависимости элементов матриц проводимостей VT и цепи ОС от частоты: y11=g11+jb11, y12=g12+jb12, y21=g21+jb21, y22=g22+jb22. Параметры нелинейного элемента зависят, кроме того, от амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. Для простоты аргументы (амплитуда и частота) опущены. Требуется определить значения сопротивлений r1, r2 (аппроксимирующие функции) первого и второго резистивных согласующих двухполюсников СРЧ-12, оптимальные по критерию обеспечения условий формирования левого склона АЧХ и усиления амплитуды ЧМС в режиме частотной демодуляции и усиления. VT и цепь ОС описываются матрицей проводимостей и матрицей передачи:Let us introduce the notation of the dependences of the resistance of the signal source z 01 = r 0 + jx 0 , the load z n2 = r n + jx n and the dependences of the elements of the conductivity matrix of a nonlinear element (VT) and external feedback (OS) circuits from frequency. With a parallel connection of the four-terminal networks, their conductivity matrices add up. The total dependences of the elements of the conductivity matrices VT and the OS circuit on the frequency: y 11 = g 11 + jb 11 , y 12 = g 12 + jb 12 , y 21 = g 21 + jb 21 , y 22 = g 22 + jb 22 . The parameters of the nonlinear element also depend on the amplitude of the low-frequency control signal. For simplicity, the arguments (amplitude and frequency) are omitted. It is required to determine the resistance values r 1 , r 2 (approximating functions) of the first and second resistive matching two-terminal СРЧ-12, optimal according to the criterion of providing the conditions for the formation of the left slope of the frequency response and amplification of the FMR amplitude in the frequency demodulation and amplification mode. VT and the OS circuit are described by the conductivity matrix and the transfer matrix:
где Резистивный четырехполюсник (РЧ) характеризуется матрицей передачи:Where Resistive four-terminal (RF) is characterized by a transmission matrix:
где a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи.Where a, b, c, d - elements of the classical transmission matrix.
Общая нормированная классическая матрица передачи высокочастотной части усилителя и частотного демодулятора получается путем перемножения матриц передачи (1) и (2) (перемножение матриц производится в порядке следования соответствующих четырехполюсников) с учетом условий нормировки:The general normalized classical transfer matrix of the high-frequency part of the amplifier and the frequency demodulator is obtained by multiplying the transfer matrices (1) and (2) (the matrices are multiplied in the order of the corresponding four-terminal circuits) taking into account normalization conditions:
Используя известную связь элементов матрицы рассеяния с элементами классической матрицы передачи (Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. - М.: Связь, 1971, с. 34-36) и матрицу передачи (3), с учетом условий нормировки получим выражение для коэффициента передачи высокочастотной части усилителя и частотного демодулятора в режиме усиления:Using the well-known connection between the elements of the scattering matrix and the elements of the classical transmission matrix (Feldstein A.L., Yavich L.R. Synthesis of four-terminal and eight-terminal devices on microwave. - M.: Communication, 1971, p. 34-36) and the transmission matrix (3) , taking into account the normalization conditions, we obtain the expression for the transmission coefficient of the high-frequency part of the amplifier and the frequency demodulator in amplification mode:
где Where
Можно показать, что коэффициент передачи (4) связан с физически реализуемой передаточной функцией простым соотношением Поэтому It can be shown that the transmission coefficient (4) is related to a physically realized transfer function by a simple relation therefore
Передаточная функция (5) приводится к известному виду для коэффициента усиления усилителя с обратной связью:The transfer function (5) is reduced to a known form for the gain of a feedback amplifier:
где - коэффициенты усиления цепи прямой передачи и цепи обратной связи.Where - gains of the forward link circuit and feedback loop.
Пусть требуется обеспечить требуемые зависимости модуля m (АЧХ) и фазы φ (ФЧХ) передаточной функции усилителя и частотного модулятора от частоты:Let it be required to provide the required dependences of the module m (AFC) and phase φ (PFC) of the transfer function of the amplifier and frequency modulator on frequency:
Подставим (5) или (6) в (7). После разделения между собой мнимых и действительных частей получим систему двух уравнений, эквивалентных (7):Substitute (5) or (6) in (7). After separating the imaginary and real parts from each other, we obtain a system of two equations equivalent to (7):
где Where
Решение (8) имеет вид оптимальных по критерию (7) взаимосвязей между элементами классической матрицы передачи СРЧ:Solution (8) has the form of the optimal by criterion (7) interconnections between elements of the classic passive transmission matrix of the RMS:
где Where
Оптимальные характеристики (9), обеспечивающие заданную крутизну и линейность левого склона АЧХ во всем диапазоне частот, реализовать невозможно. Здесь предлагается реализация квазиоптимальных характеристик, приблизительно совпадающих с оптимальными характеристиками в определенной полосе частот. Известно, что максимум АЧХ наблюдается на частоте, на которой фаза передаточной функции равна нулю. Это частота называется резонансной. Частота входного ЧМС изменяется относительно средней частоты в сторону уменьшения и в сторону увеличения на величину, равную девиации частоты. Назовем максимальную величину частоты ЧМС верхней частотой. Таким образом, если резонансная частота устройства расположена выше верхней частоты ЧМС, то изменение частоты ЧМС будет происходить на левом склоне АЧХ предлагаемого устройства, в результате чего произойдет преобразование входного ЧМС в АЧМС. Усиление амплитуды входного ЧМС в предлагаемом устройстве носит регенеративный характер - чем больше коэффициент усиления на резонансной частоте, тем уже рабочая полоса частот, и наоборот. Поэтому изменяя задаваемую и реализуемую в силу (9) величину модуля передаточной функции mр, равную значению m на резонансной частоте, мы можем регулировать величину квазилинейного участка левого склона АЧХ для обеспечения его совпадения с диапазоном изменения частоты входного ЧМС. Положим в (9) φ=0. ПолучимThe optimal characteristics (9), providing the specified slope and linearity of the left slope of the frequency response in the entire frequency range, cannot be realized. Here we propose the implementation of quasi-optimal characteristics that approximately coincide with the optimal characteristics in a certain frequency band. It is known that the maximum frequency response is observed at a frequency at which the phase of the transfer function is zero. This frequency is called resonant. The frequency of the input FMC changes relative to the average frequency in the direction of decreasing and increasing in the amount equal to the frequency deviation. We call the maximum value of the frequency of the emergency response the upper frequency. Thus, if the resonant frequency of the device is located above the upper frequency of the ChMS, then the change in the frequency of the ChMS will occur on the left slope of the frequency response of the proposed device, as a result of which the input ChMS will be converted to the ChMS. The amplification of the amplitude of the input HMS in the proposed device is regenerative in nature - the higher the gain at the resonant frequency, the narrower the working frequency band, and vice versa. Therefore, by changing the modulus of the transfer function m p specified and realized by virtue of (9), equal to the value of m at the resonant frequency, we can adjust the value of the quasilinear portion of the left slope of the frequency response to ensure that it coincides with the frequency range of the input HMS. We set φ = 0 in (9). Get
где Остальные коэффициенты имеют тот же вид, что и в (9).Where The remaining coefficients have the same form as in (9).
Реализация квазиоптимальных характеристик (10) осуществляется следующим образом. Выбираем типовую схему резистивного четырехполюсника с известной классической матрицей передачи. Находим отношения элементов классической матрицы передачи. Определенные таким образом коэффициенты а подставляем в (10) и решаем полученную систему уравнений относительно двух выбранных параметров выбранной схемы СРЧ. Если в СРЧ-11 количество двухполюсников больше двух, то сопротивления остальных двухполюсников могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. В соответствии с этим алгоритмом получены выражения для определения оптимальных по критерию (10) сопротивлений двух двухполюсников СРЧ в виде обратного Г-образного звена (фиг.3):The implementation of quasi-optimal characteristics (10) is as follows. We choose a typical resistive four-terminal circuit with a well-known classical transmission matrix. We find the relations of the elements of the classical transfer matrix. The coefficients thus determined and substitute in (10) and solve the resulting system of equations with respect to the two selected parameters of the selected RF system. If in СРЧ-11 the number of two-terminal devices is more than two, then the resistances of the remaining two-terminal devices can be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations. In accordance with this algorithm, expressions are obtained for determining the optimal, according to criterion (10), resistances of two two-terminal SIR in the form of an inverse L-shaped link (Fig. 3):
где Where
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (использование в качестве цепи внешней обратной связи произвольного четырехполюсника, параллельно подключенного к трехполюсному нелинейному элементу, включение трехполюсного нелинейного элемента и цепи обратной связи как единого узла между источником сигнала и входом резистивного четырехполюсника, включение высокочастотной нагрузки между выходом резистивного четырехполюсника и низкочастотной частью, выполненной из ФНЧ, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки (фиг. 2), выполнение согласующего резистивного четырехполюсника в виде обратного Г-образного соединения двух двухполюсников, выбор значений сопротивлений первого и второго резистивных двухполюсников r1 и r2 (фиг. 3)) обеспечивает одновременно усиление, преобразование ЧМС в АЧМС на левом склоне АЧХ, демодуляцию АЧМС, что эквивалентно частотной демодуляции.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 (using an arbitrary four-terminal device connected in parallel to a three-pole nonlinear element as an external feedback circuit, including a three-pole nonlinear element and a feedback circuit connection as a single node between the signal source and the input of the resistive four-terminal network, the inclusion of high-frequency th load between the output of the resistive quadripole and the low-frequency part made of a low-pass filter, the separation capacity and low-frequency loads (FIG. 2), performing the matching of the resistive quadrupole in an inverse T-shaped connection of the two two-terminal networks, the choice of values of resistances of the first and second resistive two-terminal r 1 and r 2 (Fig. 3)) provides both amplification, conversion of the HMF to the AMF on the left slope of the frequency response, demodulation of the AMF, which is equivalent to frequency demodulation.
Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью трехполюсные нелинейные элементы (транзисторы или лампы), резистивные элементы, сформированные в обратную Г-образную схему резистивного четырехполюсника (фиг. 3). Значения сопротивлений резистивных элементов могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since for their implementation three-pole non-linear elements (transistors or lamps) commercially available by the industry, resistive elements formed into the inverse L-shaped circuit of a resistive four-terminal can be used (Fig. 3). The resistance values of the resistive elements can be uniquely determined using mathematical expressions given in the claims.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в обеспечении усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала за счет выбора схемы и значений сопротивлений резистивных элементов согласующего резистивного четырехполюсника по критерию формирования левого склона АЧХ с заданными крутизной и коэффициентом усиления, что унифицирует устройство, увеличивает квазилинейный участок частотной демодуляционной характеристики и динамический диапазон в режиме усиления и частотной демодуляции.The technical and economic efficiency of the proposed device is to provide amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal by selecting the circuit and the resistance values of the resistive elements of the matching resistive four-terminal device according to the criterion for the formation of the left slope of the frequency response with the specified slope and gain, which unifies the device, increases the quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic and dynamic range in gain mode and frequency demodulation.
Claims (2)
где
A1=g110b21-b110g21; B1=g110g21+b110b21;
A2=g220g21+b220b21; B2=g21b220-g220b21; g220=b11x0-1-g11r0; b220=-(g11x0+b11r0);
g110=r0A3+x0B3-g22; b110=x0A3-b22-r0B3; A3=b11b22-b12b21-g11g22+g12g21;
B3=b11g22-b12g21-g12b21+b22g11; , ; - отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи резистивного четырехполюсника a, b, c, d; r0, rн, х0, хн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; g11,b11, g12,b12, g21,b21, g22,b22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей цепи внешней обратной связи на резонансной частоте.1. The method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals, based on the use of energy from a constant voltage source, the interaction of the frequency-modulated signal with a device that is performed from a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, four-terminal, external feedback circuit, low-pass filter, separation capacitance and low-frequency load, meeting the conditions for matching the forward circuit with the external feedback circuit, matching conditions for the external feedback circuit connection with the control electrode of a three-pole nonlinear element, matching conditions for the direct transmission circuit and the external feedback circuit with the rest of the device with a given tolerance, converting the frequency-modulated signal into an amplitude-frequency-modulated signal on the left slope of the amplitude-frequency characteristic, splitting the spectrum of amplitude- frequency-modulated signal to low-frequency and high-frequency components using a three-pole nonlinear element, the selection of the low-frequency component with using a low-pass filter, eliminating the constant component using a separation capacitance, and obtaining a low-frequency signal at a low-frequency load, the amplitude of which changes according to the law of frequency change of the frequency-modulated signal, characterized in that the four-terminal is made resistive, an arbitrary complex four-terminal is used as the external feedback circuit connected in parallel to a three-pole non-linear element, a three-pole non-linear element and a feedback circuit as a single the second node is cascaded between the source of the frequency-modulated signal with complex resistance and the input of the resistive four-port, between the output of the resistive four-port and the low-pass filter include a high-frequency load in the form of a two-terminal with complex resistance, the value of the transfer function module m p and the resonant frequency of the device are selected from the formation condition the specified slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the device in a given frequency band that matches the frequency range of the frequency-modulated signal, the matching conditions according to the criterion of simultaneously providing amplification and frequency demodulation are performed by realizing the set value m p at the resonant frequency by choosing the values of the parameters of the resistive four-terminal network in accordance with the following mathematical expressions:
Where
A 1 = g 110 b 21 -b 110 g 21 ; B 1 = g 110 g 21 + b 110 b 21 ;
A 2 = g 220 g 21 + b 220 b 21 ; B 2 = g 21 b 220 -g 220 b 21 ; g 220 = b 11 x 0 -1-g 11 r 0 ; b 220 = - (g 11 x 0 + b 11 r 0 );
g 110 = r 0 A 3 + x 0 B 3 -g 22 ; b 110 = x 0 A 3 -b 22 -r 0 B 3 ; A 3 = b 11 b 22 -b 12 b 21 -g 11 g 22 + g 12 g 21 ;
B 3 = b 11 g 22 -b 12 g 21 -g 12 b 21 + b 22 g 11 ; , ; - the ratio of the corresponding elements of the classical transmission matrix of the resistive quadrupole a , b, c, d; r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; g 11 , b 11 , g 12 , b 12 , g 21 , b 21 , g 22 , b 22 - given total values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements of a three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements external feedback circuits at a resonant frequency.
где
A1=g110b21-b110g21; B1=g110g21+b110b21;
A2=g220g21+b220b21; B2=g21b220-g220b21; g220=b11x0-1-g11r0; b220=-(g11x0+b11r0);
g110=r0A3+x0B3-g22; b110=x0A3-b22-r0B3; A3=b11b22-b12b21-g11g22+g12g21;
B3=b11g22-b12g21-g12b21+b22g11; r0, rн, х0, хн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; g11,b11, g12,b12, g21,b21, g22,b22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов матрицы проводимостей цепи внешней обратной связи на резонансной частоте;
значение резонансной частоты и величина заданного и реализуемого модуля mp передаточной функции на резонансной частоте выбраны из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты входного частотно-модулированного сигнала. 2. A device for amplifying and demodulating frequency-modulated signals made from a constant voltage source, a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, a four-terminal, external feedback circuit, a low-pass filter, a separation capacitance, and a low-frequency load, characterized in that the four-terminal is made resistive , as an external feedback circuit, an arbitrary complex four-terminal network connected in parallel to a three-pole nonlinear element was used; a three-pole the linear element and the feedback circuit as a single node are cascaded between the source of the frequency-modulated signal with complex resistance and the input of the resistive four-terminal, between the output of the resistive four-terminal and the low-pass filter, a high-frequency load is included in the form of a two-terminal with complex resistance, the resistive four-terminal is made in the form of a reverse G -shaped connection of two resistive bipolar with resistances r 1 , r 2 , the values of which are selected from the matching conditions for k Criteria for simultaneous gain and frequency demodulation in accordance with the following mathematical expressions:
Where
A 1 = g 110 b 21 -b 110 g 21 ; B 1 = g 110 g 21 + b 110 b 21 ;
A 2 = g 220 g 21 + b 220 b 21 ; B 2 = g 21 b 220 -g 220 b 21 ; g 220 = b 11 x 0 -1-g 11 r 0 ; b 220 = - (g 11 x 0 + b 11 r 0 );
g 110 = r 0 A 3 + x 0 B 3 -g 22 ; b 110 = x 0 A 3 -b 22 -r 0 B 3 ; A 3 = b 11 b 22 -b 12 b 21 -g 11 g 22 + g 12 g 21 ;
B 3 = b 11 g 22 -b 12 g 21 -g 12 b 21 + b 22 g 11 ; r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; g 11 , b 11 , g 12 , b 12 , g 21 , b 21 , g 22 , b 22 - given total values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements of a three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the conductivity matrix elements external feedback circuits at a resonant frequency;
the value of the resonant frequency and the value of the given and realized module m p of the transfer function at the resonant frequency are selected from the condition for the formation of the specified slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the device in a given frequency band that matches the frequency range of the input frequency-modulated signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110178/08A RU2599964C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015110178/08A RU2599964C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599964C1 true RU2599964C1 (en) | 2016-10-20 |
Family
ID=57138461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015110178/08A RU2599964C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599964C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1840005A1 (en) * | 1985-05-27 | 2006-07-20 | Воронежский научно-исследовательский институт связи | Device for demodulation of noise-like signal |
RU2483436C2 (en) * | 2011-04-20 | 2013-05-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method |
-
2015
- 2015-03-23 RU RU2015110178/08A patent/RU2599964C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1840005A1 (en) * | 1985-05-27 | 2006-07-20 | Воронежский научно-исследовательский институт связи | Device for demodulation of noise-like signal |
RU2483436C2 (en) * | 2011-04-20 | 2013-05-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОНОРОВСКИЙ И.С. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ. - М: "СОВЕТСКОЕ РАДИО", 1977. с.190-193, 290-293, 311-316. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8913974B2 (en) | RF power transmission, modulation, and amplification, including direct cartesian 2-branch embodiments | |
EP3093987A1 (en) | Phase correction in a doherty power amplifier | |
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 | |
RU2599531C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2599964C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2599965C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2552175C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and apparatus therefor | |
RU2463689C1 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2595571C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2591014C2 (en) | Amplification and demodulation of fm signals and device to this end | |
RU2598797C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2605675C2 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2598792C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2599347C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2568389C1 (en) | Method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals and device for its implementation | |
RU2577913C2 (en) | Method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals and device for its implementation | |
RU2500066C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2568387C1 (en) | Method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals and device for its implementation | |
RU2504898C1 (en) | Method of demodulating phase-modulated and frequency-modulated signals and apparatus for realising said method | |
RU2568375C1 (en) | Method for generation and frequency modulation of high-frequency signals and apparatus therefor | |
RU2483436C2 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals 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 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170324 |