СПОСОБ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ И ДЕМОДУЛЯЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК H03C3/12 H03D3/00 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для формирования частотно-манипулированных, а также частотно-модулированных сигналов или их демодуляции. Достигаемый технический результат - обеспечение операции формирования частотно-модулированного сигнала (ЧМС) с изменяемой частотой по закону изменения амплитуды управляющего низкочастотного сигнала и операций демодуляции и фильтрации ЧМС с усилением амплитуды. Способ частотной модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов состоит во взаимодействии высокочастотных и низкочастотных сигналов в устройстве частотной модуляции и демодуляции сигналов, выполненном из реактивного четырехполюсника, двухэлектродного нелинейного элемента, высокочастотной нагрузки, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, при этом необходимые частотные зависимости параметров реактивного четырехполюсника определяются заданными математическими выражениями. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ частотной модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов, состоящий во взаимодействии высокочастотных и низкочастотных сигналов с устройством частотной модуляции и демодуляции, выполненном из реактивного четырехполюсника, двухэлектродного нелинейного элемента, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, в режиме демодуляции высокочастотный сигнал преобразовывают в амплитудно-частотно-модулированный сигнал путем подачи высокочастотного сигнала на левый склон АЧХ устройства частотной модуляции и демодуляции, с помощью двухэлектродного нелинейного элемента разрушают спектр амплитудно-частотно-модулированного 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 изменяется по закону изменения частоты входного высокочастотного сигнала, в режиме модуляции двухэлектродный нелинейный элемент подключают к источнику информационного низкочастотного сигнала, частоту высокочастотного сигнала изменяют с изменением амплитуды информационного низкочастотного сигнала, отличающийся тем, что перед фильтром нижних частот в поперечную цепь вводят высокочастотную нагрузку, двухэлектродный нелинейный элемент выбирают активным с отрицательным дифференциальным сопротивлением и включают его между четырехполюсником и введенной высокочастотной нагрузкой в продольную цепь, в режиме модуляции формируют модулированный по частоте высокочастотный сигнал с заданным законом изменения частоты, соответствующим закону изменения амплитуды информационного низкочастотного сигнала, путем обеспечения условий баланса фаз и баланса амплитуд на заданном диапазоне изменения высокой частоты и соответствующем диапазоне изменения амплитуды информационного низкочастотного сигнала, снимают частотно-модулированный сигнал с высокочастотной нагрузки, в режиме демодуляции преобразование частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал, его усиление и фильтрацию осуществляют путем формирования квазилинейного левого склона и заданной формы амплитудно-частотной характеристики устройства модуляции и демодуляции за счет реализации необходимых частотных зависимостей параметров четырехполюсника с помощью следующих математических выражений:
; ;
, где ; ; ; ;
; ; ; A=D_м-D_∂; B=E_м-Е_∂; D=F_м-F_∂; ;
;
; ; ; ;
;
α, β, γ - оптимальные частотные зависимости отношений соответствующих элементов классической матрицы передачи четырехполюсника а, b, с, d; d - оптимальная частотная зависимость одного из элементов классической матрицы передачи; m_∂ - оптимальная зависимость модуля передаточной функции высокочастотной части устройства частотной модуляции и демодуляции от частоты в режиме демодуляции, удовлетворяющая условию физической реализуемости; φ_∂ - заданная линейно убывающая зависимость фазы передаточной функции высокочастотной части устройства частотной модуляции и демодуляции от частоты в режиме демодуляции, удовлетворяющая условию обеспечения линейности левого склона АЧХ; r₀, x₀ - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления источника частотно-модулированного сигнала в режиме демодуляции, равные частотным зависимостям действительной и мнимой составляющих сопротивления воображаемого источника высокочастотных сигналов, возникающих в момент включения источника постоянного напряжения, в режиме модуляции; r_н, x_н - заданные частотные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления высокочастотной нагрузки в обоих режимах; r_∂, х_∂ - заданные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления активного двухполюсного нелинейного элемента от частоты несущего сигнала входного частотно-модулированного сигнала и амплитуды сформированного амплитудно-частотно-модулированного сигнала в режиме демодуляции; r, х - заданные зависимости действительной и мнимой составляющих сопротивления активного двухполюсного нелинейного элемента от высокой частоты генерируемого сигнала и амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в режиме модуляции; остальные величины имеют смысл промежуточных обозначений в интересах упрощения математических выражений.

2. Устройство частотной модуляции и демодуляции высокочастотных сигналов, включенное между источником высокочастотных сигналов и низкочастотной нагрузкой и состоящее из линейного реактивного четырехполюсника, двухэлектродного нелинейного элемента, подключенного в режиме модуляции к источнику низкочастотного управляющего сигнала, фильтра нижних частот и разделительной емкости, отличающееся тем, что перед 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 четырехполюсником и введенной высокочастотной нагрузкой в продольную цепь, четырехполюсник выполнен в виде перекрытого Т-образного соединения из четырех реактивных двухполюсников с сопротивлениями x_1n, x_2n, x_3n, x_4n соответственно, первый, второй и третий 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 заданной формы амплитудно-частотной характеристики в режиме частотной демодуляции и условий обеспечения баланса амплитуд и баланса фаз в заданном диапазоне изменения частоты и заданном диапазоне изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в режиме частотной модуляции с помощью определенных математических выражений:
; ; ; ,
где ; ;
x=a₂c₁-a₁c₂; y=a₂d₁+b₂c₁-a₁d₂-b₁c₂; z=b₂d₁-b₁d₂;
; ;
; ;
;
;
;
;
;

;
;
; ;
;
; ;
;
; ; ;
; ; ; A=D_м-D_∂; B=E_м-Е_∂; D=F_м-F_∂; ;
; ; ; ;

α, β, γ - оптимальные отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи четырехполюсника а, b, с, d на заданных четырех частотах ω_n=2πf_n; n=1, 2, 3, 4 - номера заданных частот; d - оптимальные значения одного из элементов классической матрицы передачи на заданных четырех частотах; m_∂n - оптимальные значения модуля передаточной функции высокочастотной части устройства частотной модуляции и демодуляции на четырех заданных частотах в режиме демодуляции, удовлетворяющие условию физической реализуемости; φ_∂n - заданные линейно убывающие значения фазы передаточной функции высокочастотной части устройства частотной модуляции и демодуляции на заданных четырех частотах в режиме демодуляции, удовлетворяющие условию обеспечения линейности левого склона АЧХ; r_0n, x_0n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления источника частотно-модулированного сигнала в режиме демодуляции, равные значениям действительной и мнимой составляющих сопротивления воображаемого источника высокочастотных сигналов, возникающих в момент включения источника постоянного напряжения, в режиме модуляции на заданных четырех частотах; r_нn, x_нn - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления высокочастотной нагрузки в обоих режимах на заданных четырех частотах; r_∂n, х_∂n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления активного двухполюсного нелинейного элемента на заданных четырех частотах и на заданных четырех значениях амплитуды сформированного амплитудно-частотно-модулированного сигнала в режиме демодуляции; r_n, x_n - заданные значения действительной и мнимой составляющих сопротивления активного двухполюсного нелинейного элемента на заданных четырех частотах и заданных четырех значениях амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в режиме модуляции; k=1, 2, 3 - номера первого, второго и третьего двухполюсников перекрытого Т-образного соединения четырех реактивных двухполюсников; x_4n - заданные значения сопротивлений четвертого двухполюсника на заданных четырех частотах; остальные величины имеют смысл промежуточных обозначений в интересах упрощения математических выражений.