СПОСОБ АМПЛИТУДНОЙ И ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ, ЧАСТОТНОЙ И АМПЛИТУДНОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК H03J3/00 H03C5/00 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для модуляции амплитуды и фазы высокочастотных гармонических колебаний, а также для демодуляции частотно-модулированных и амплитудно-модулированных сигналов с одновременными фильтрацией и усилением. Достигаемый технический результат - обеспечение амплитудной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной демодуляции за счет преобразования частотно-модулированного сигнала (ЧМС) в амплитудно-частотно-модулированный сигнал (АЧМС) с помощью высокочастотной части демодулятора с заданной крутизной склона амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и заданным коэффициентом амплитудной модуляции сформированного АЧМС. Способ амплитудной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной демодуляции высокочастотных сигналов (ВЧ) состоит во взаимодействии высокочастотных и низкочастотных сигналов в многофункциональном устройстве амплитудной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной демодуляции высокочастотных сигналов (ВЧ), выполненном из реактивного четырехполюсника, двухэлектродного нелинейного элемента, высокочастотной нагрузки, фильтра нижних частот, разделительной емкости, низкочастотной нагрузки, при этом необходимые частотные зависимости параметров реактивного четырехполюсника определяются заданными математическими выражениями. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ амплитудной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной демодуляции высокочастотных сигналов, состоящий во взаимодействии высокочастотных и низкочастотных сигналов с многофункциональным устройством амплитудной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной демодуляции высокочастотных сигналов, выполненном из реактивного четырехполюсника, двухэлектродного нелинейного элемента, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, в режиме частотной демодуляции высокочастотный сигнал преобразовывают в амплитудно-частотно-модулированный сигнал путем подачи высокочастотного сигнала на левый склон АЧХ многофункционального устройства, в режиме частотной демодуляции и в режиме амплитудной демодуляции с помощью двухэлектродного нелинейного элемента разрушают спектр высокочастотного сигнала на высокочастотные и низкочастотные составляющие, с помощью фильтра нижних частот выделяют низкочастотную составляющую, с помощью разделительной емкости устраняют постоянную составляющую, на низкочастотную нагрузку подают информационный низкочастотный сигнал, амплитуда которого в режиме частотной демодуляции изменяется по закону изменения частоты входного высокочастотного сигнала, в режиме амплитудной и фазовой модуляции изменяют амплитуду и фазу высокочастотного сигнала путем воздействия низкочастотным сигналом на двухэлектродный нелинейный элемент, отличающийся тем, что между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот в поперечную цепь вводят высокочастотную нагрузку, двухэлектродный нелинейный элемент выбирают активным с отрицательным дифференциальным сопротивлением и включают его между источником высокочастотных сигналов и входом четырехполюсника в поперечную цепь, в режиме частотной демодуляции преобразование высокочастотного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал реализуют за счет формирования квазилинейного левого склона АЧХ с заданной крутизной путем реализации заданной зависимости модуля передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства от частоты, в режиме амплитудной демодуляции осуществляют корректировку коэффициента амплитудной модуляции высокочастотного сигнала путем обеспечения квазилинейной амплитудной демодуляционной характеристики с заданной крутизной за счет обеспечения заданных зависимостей модуля передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства от частоты в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды входного высокочастотного сигнала, на низкочастотную нагрузку подают информационный низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения амплитуды входного высокочастотного сигнала, в режиме амплитудной и фазовой модуляции на высокочастотную нагрузку подают сформированный модулированный сигнал, амплитуда и фаза которого изменяются по закону изменения амплитуды низкочастотного сигнала, во всех режимах фильтрацию, усиление амплитуды и физическую реализуемость указанных операций осуществляют путем формирования заданных форм АЧХ и ФЧХ высокочастотной части многофункционального устройства за счет реализации необходимых частотных зависимостей параметров четырехполюсника, определяемых с помощью следующих математических выражений:
;
; ; ,
где A=A₁H_ч+A₂G_ч; B=-A₁H_a-A₂G_a; C=C₁G_ч+C₂H_ч; D=-C₁G_a-C₂H_a; A₁=D_a-D_ч;
A₂=E_a-E_ч+x_н-x_на; C₁=F_ч-F_а; C₂=E_a-E_ч+x_на-x_н;
; ; ;
; ; ;
; ;
;
;
; ;
; ;
; ;
A₀=(g_чx₀+b_чr₀)x_н+r_н(1+g_чr₀-x₀b_ч); B₀=x_н(1+g_чr₀-x₀b_ч)-(g_чx₀+b_чr₀)r_н;
A_0a=(g_ax_0a+b_ar_0a)x_нa+r_нa(1+g_чr_0a-x_0ab_а); B_0a=x_нa(1+g_ar_0a-x_0ab_a)-(g_ax_0a+b_ar_0a)r_нa;
; ;
; ;
; ; ; - оптимальные зависимости отношений соответствующих элементов классической матрицы передачи четырехполюсника a, b, c, d от высокой частоты в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды входного высокочастотного сигнала в режиме амплитудной демодуляции, равными двум значениям амплитуды низкочастотного сигнала в режиме амплитудной и фазовой модуляции, причем одно из этих значений амплитуд равно амплитуде входного высокочастотного сигнала в режиме частотной демодуляции; а - оптимальная зависимость одного из элементов классической матрицы передачи четырехполюсника от высокой частоты в указанных состояниях во всех режимах; m_ч - заданная зависимость модуля передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства от высокой частоты в режиме частотной демодуляции и в первом из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; φ_ч - заданная зависимость фазы передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства от высокой частоты в режиме частотной демодуляции и в первом из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; m_a - оптимальная зависимость модуля передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства от высокой частоты во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции, удовлетворяющая условию физической реализуемости; φ_a - заданная зависимость фазы передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства от высокой частоты во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; r₀, x₀ - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления источника высокочастотного сигнала в режиме частотной демодуляции и в первом состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; r_0a, x_0a - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления источника высокочастотного сигнала во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; r_н, x_н - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления высокочастотной нагрузки в режиме частотной демодуляции и в первом из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции r_на, x_на - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления высокочастотной нагрузки во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; g_ч, b_ч - заданные зависимости действительной и мнимой составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента от высокой частоты в режиме частотной демодуляции и в первом состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; g_a, b_a - заданные зависимости действительной и мнимой составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента от высокой частоты во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции; остальные величины имеют смысл промежуточных обозначений в интересах упрощения математических выражений.

2. Многофункциональное устройство амплитудной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной демодуляции высокочастотных сигналов, включенное между источником высокочастотных сигналов и низкочастотной нагрузкой и состоящее из линейного реактивного четырехполюсника, двухэлектродного нелинейного элемента, фильтра нижних частот и разделительной емкости, отличающееся тем, что между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот введена высокочастотная нагрузка в поперечную цепь, в качестве двухэлектродного нелинейного элемента использован активный двухэлектродный нелинейный элемент с отрицательным дифференциальным сопротивлением, который включен между источником высокочастотных сигналов и входом четырехполюсника в поперечную цепь, четырехполюсник выполнен в виде каскадно-соединенных Г-образного и П-образного звеньев из пяти реактивных двухполюсников с сопротивлениями x_1n, x_2n, x_3n, x_4n, x_5n соответственно, второй, третий и четвертый двухполюсники сформированы из двух параллельно соединенных последовательных контуров с параметрами L_1k, C_1k, L_2k, C_2k, параметры этих двухполюсников выбраны из условий формирования квазилинейного склона и заданных форм частотных характеристик в режиме частотной демодуляции, условий обеспечения квазилинейной амплитудной демодуляционной характеристики и заданных форм частотных характеристик в режиме амплитудной демодуляции и условий обеспечения квазилинейной модуляционной характеристики и заданных форм частотных характеристик в режиме амплитудной и фазовой модуляции с помощью определенных математических выражений:
; ;
; '
где ; ;
x=a₂c₁-a₁c₂; y=a₂d₁+b₂c₁-a₁d₂-b₁c₂; z=b₂d₁-b₁d₂;



;
;
;


;;


; ; ;
; x_5n=x_1n
;
;
; A=A₁H_ч+A₂G_ч; B=A₁H_a-A₂G_a; C=C₁G_ч+C₂H_ч; D=-C₁G_a-C₂H_a; A₁=D_a-D_ч; A₂=E_a-E_ч+x_нn-x_наn; C₁=F_ч-F_а; C₂=E_a-E_ч+x_наn-x_нn;
;
; ;
;;
;
;
;
; ; ;
;
;
; ; - оптимальные частотные отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи четырехполюсника а, b, с, d на заданных четырех частотах ω_n=2πf_n в двух состояниях, определяемых двумя значениями амплитуды входного высокочастотного сигнала в режиме амплитудной демодуляции, равными двум значениям амплитуды низкочастотного сигнала в режиме амплитудной и фазовой модуляции, причем одно из этих значений амплитуд равно амплитуде входного высокочастотного сигнала в режиме частотной демодуляции; n=1, 2, 3, 4 - номера заданных частот; a - оптимальные значения одного из элементов классической матрицы передачи на заданных четырех значениях высокой частоты в указанных состояниях; m_чn - заданные значения модулей передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства в режиме частотной демодуляции и в первом из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; φ_чn - заданные значения фазы передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства в режиме частотной демодуляции и в первом из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; m_an - оптимальные значения модулей передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства во втором из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты, удовлетворяющие условию физической реализуемости; φ_an - заданные значения фазы передаточной функции высокочастотной части многофункционального устройства во втором из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; r_0n, x_0n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления источника высокочастотного сигнала в режиме частотной демодуляции и в первом состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; r_0an, x_0an - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления источника высокочастотного сигнала во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; r_нn, x_нn - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления высокочастотной нагрузки в режиме частотной демодуляции и в первом из состояний в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; r_наn, x_наn - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления высокочастотной нагрузки во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; g_нn, b_нn - заданные значения действительной и мнимой составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента в режиме частотной демодуляции и в первом состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; g_an, b_an - заданные значения действительной и мнимой составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента во втором состоянии в режиме амплитудной демодуляции и режиме амплитудной и фазовой модуляции на заданных четырех значениях высокой частоты; k=2, 3, 4 - номера второго, третьего и четвертого двухполюсников каскадно-соединенных Г-образного и П-образного звеньев из пяти реактивных двухполюсников; x_5n=x_1n - заданные равные значения сопротивлений первого и пятого двухполюсников на заданных четырех частотах; одна из заданных частот должна совпадать с несущей частотой в режиме амплитудной демодуляции и с несущей частотой в режиме амплитудно-фазовой модуляции, другая - с несущей частотой частотно-модулированного сигнала в режиме частотной демодуляции, а остальные две частоты выбираются из условия формирования квазилинейного склона в режиме частотной демодуляции и заданных форм частотных характеристик во всех режимах; остальные величины имеют смысл промежуточных обозначений в интересах упрощения математических выражений.