Однополосный амплитудный модулятор Советский патент 1993 года по МПК H03C1/52 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопереда- ющих устройствах для получения сигналов, содержащих одну наперед заданную боковую полосу частот и сильно подавленные сигналы ненужной боковой полосы частот и несущей частоты.

Известен однополосный модулятор, обеспечивающий получение однополосной амплитудной модуляции сигнала несущей частоты. Этот модулятор содержит два перемножителя, двухфазный генератор и фа- зовращатель. Двухфазный генератор формирует два сигнала несущей частоты, сдвинутых по фазе на 90° относительно друг друга, из которых один поступает на один перемножитель, а другой - на второй. Сигнал модулирующей частоты поступает на один перемножитель непосредственно, а на другой - через фазовращатель, поворачивающий фазу модулирующего сигнала на 90° во всем диапазоне частот модуляции.

Недостатком этого модулятора является недостаточное подавление сигналов ненужной боковой полосы частот.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является однополосный модулятор, содержащий последовательно соединенные первый фазовращатель и первый перемножитель, последовательно соединенные второй фазовращатель и второй перемножитель, первый, второй и третий резисторы, первые выводы которых подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход которого подключен к второму выводу третьего резистора, при этом второй вывод первого резистора соединен с выходом первого перемножителя, другой вход которого соединен с входом второго фазовращателя и является входом модулируемого сигнала однополосного амплитудного модулятора, второй вывод второго резистора соединен с выходом второго перемножителя, другой вход которого соединен с входом первого фазовращателя и является входом модулирующего сигнала однополосного амплитуд- ного модулятора, выходом которого является выход первого операционного усилителя.

Недостатком этого модулятора является недостаточное подавление сигналов ненужной боковой полосы частот. Рассмотрим работу однополосного модулятора, выбранного в качестве прототипа. Пусть на соответствующие входы модулятора поступают сигналы модулирующей частоты

U2 U sin Qt и сигнал несущей частоты

иш Цд sin ом. Предположив, что коэффициенты передачи фазовращателей и перемножителей равны единице, и, перемножив указанные сигналы с учетом фазовых сдвигов в 90°, вносимых фазовращателями, можно получить выражения для сигналов на выходе соответствующего перемножителя:

Ui - Uwsin a) -t«U cpsm 0,(ftJ + Qt+ sin(w - (1)

0 U2 UDcosu t- Unsinat

0,5 UcoUQ- sin( со + Qt - sln( ш - Qt. (2) Если коэффициент передачи первого суммирующего каскада, собранного на упомянутых первом операционном усилителе,

5 первом, втором и третьем резисторах, равен единице по каждому входу, то после суммирования сигналов Ui и Da получим выражения для сигналов промежуточных (боковых) частот на выходе модулятора:

0 lW-4aUUsln(u + (3) («)

из которых следует, что выделяется сигнал промежуточной частоты ш + Q и подавляется сигнал промежуточной частоты ш - Q.

5Однако на практике подавление сигналов ненужной боковой полосы частот возможно лишь до определенной величины. Известно, что основными причинами, ограничивающими подавление, являются неср0 вершенство фазовращателей, которое обуславливает конечную точность фазового сдвига А1 для первого фазовращателя и Дз для второго фазовращателя и амплитудную асимметрию сигналов 6 в тракте модулиру5 ющих частот. Здесь амплитудной асимметрией в тракте несущей частоты можно пренебречь, можно пренебречь также и значением Д2, так как на фиксированной несущей частоте нетрудно добиться выполнения

0 неравенства Дз « AI. Если обозначить через NI отношение уровней сигналов выделенной боковой полосы частот к остатку подавленной боковой полосы частот, то для двухфазной системы модуляции, к которой принадлежит устройство - прототип, имеет место (с учетом того, что Да « А1 ) равенство (См. ЛЗ, ф-ла 3.7.6).

50

N1

(5)

из которого следует, что нужно добиваться уменьшения .

Целью изобретения является увеличе- ние подавления сигналов ненужной боко- . вой полосы частот.

Указанная цель достигается тем, что в однополосный амплитудный модулятор, содержащий последовательно соединенные

первый фазовращзтель и первый перемножитель, последовательно соединенные второй фазовращатель и второй перемножитель, первый, второй и третий резисторы, первые выводы которых под1 ключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя (ОУ), неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход которого подключен к второму выводу третьего резистора, при этом второй вывод первого резистора соединен с выходом первого перемножителя, другой вход которого соединен с входом второго фазовращателя и является входом модулируемого сигнала однополосного амплитудного модулятора, второй вывод второго резистора соединен с выходом второго перемножителя, другой вход которого соединен с входом первого фазовращателя и является входом модулирующего сигнала однополосного амплитудного модулятора, введены второй и третий операционные усилители, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый резисторы, при этом первый вывод четвертого резистора подключен к выходу первого перемножителя, второй вывод четвертого резистора соединен с первым выводом пятого резистора и с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого соединен

с вторым выводом пятого резистора и с первым выводом шестого резистора, первый вывод седьмого резистора соединен с выходом второго перемножителя, второй вывод седьмого резистора соединен с первым выводом восьмого резистора и подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя, второй вывод восьмого резистора подключен к общей шине, первый вывод девятого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод девятого резистора соединен с первым выводом девятого резистора, с вторым выводом шестого резистора и подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход которого соединен с вторым выводом десятого резистора и является выходом однополосного амплитудного модулятора; ;

Отметим, что третий ОУ совместно с четвертым, пятым, седьмым и восьмым резисторами образуют вычитающий каскад, выполненный по схеме дифференциального усилителя с единичным коэффициентом передачи по каждому входу, а второй ОУ совместно с шестым, девятым и десятым резисторами образуют второй суммирующий каскад, схемотехнически совпадающий с первым суммирующим каскадом, используемым в модуляторе - прототипе. Однако между ними есть существенная разница. За- 5 ключается она в том, что коэффициент передачи второго суммирующего каскада по входу, подключенному к выходу первого ОУ (первый вывод девятого резистора), как и в прототипе, равен единице, а по другому вхо0 ду, подключенному к выходу третьего ОУ (первый вывод шестого резистора) в NI раз меньше, где NI - подавление сигналов ненужной боковой полосы частот, полученное в прототипе (см. формулу 5).

5 Существенные признаки, отличающие предлагаемый однополосный модулятор от прототипа, состоят в введении вычитающего каскада, выполненного по схеме дифференциального усилителя с единичным

0 коэффициентом передачи, один из входов которого подключен к выходу первого перемножителя, а другой вход- к выходу второго перемножителя, и второго суммирующего каскада, причем коэффициент передачи

5 введенного суммирующего каскада по входу, подключенному к выходу первого суммирующего каскада равен единице, а по входу, подключенному к выходу вычитающего каскада в раз меньше, где NI - подавление

0 сигналов ненужной боковой полосы частот, полученное в прототипе.

На фиг. 1 изображена функциональная схема .предлагаемого однополосного модулятора; на фиг. 2 - спектральный состав

5 напряжений на выходе функционально за- конченных узлов модулятора при модуляции одним тоном, а) - на выходе первого ОУ, б) - на выходе третьего ОУ, в) - напряжение на выходе третьего ОУ, поделенное в NI раз;

0 г) - на выходе амплитудного модулятора.

Предлагаемый однополосный амплитудный модулятор содержит последовательно соединенные первый фазовращатель 1 и первый перемнржитель 2, такие последова5 тельно соединенные второй фазовращатель 3 и второй перемножитель 4. При этом гетеродинный вход первого перемножителя 2 подключен непосредственно, а гетеродинный вход второго перемножителя 4 через

0 Ёторой фазовращатель 3 - к источнику напряжения несущей частоты Uw ш. Сигнальный вход второго перемножителя 4 подключен непосредственно, а сигнальный вход первого перемножителя 2 через первый

5 фазовращатель 1 - к источнику напряжения модулирующей частоты и2 Un -sin Q t.

Выход .первого перемножителя 2 под. ключей к второму выводу первого резистора

5, первый вывод которого подключен к первому выводу второго резистора 6, к первому выводу третьего резистора 7 и к инвертирующему входу первого операционного усилителя 8. Выход первого операционного усилителя 8 подключен к второму выводу третьего резистора 7, а неинвертирующий вход подключен к общей шине. Второй вывод второго резистора 6 подключен к выходу второго перемножителя 4. Как уже отмечалось, на первом операционном усилителе 8 собран первый суммирующий каскад, на втором операционном усилителе 9 - второй суммирующий каскад, а на третьем операционном усилителе 10 - вычитающий каскад.

Выход первого перемножителя 2 подключен также к первому выводу четвертого резистора 11, второй вывод которого подключен к первому выводу пятого резистора 12 и к инвертирующему входу третьего операционного усилителя 10. выход которого подключен к второму выводу пятого резистора 12 и к первому выводу шестого резистора 13. Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 10 подключен к второму выводу седьмого резистора 14 и к первому выводу восьмого резистора 15. При этом первый вывод седьмого резистора 14 подключен к выходу второго перемножителя 4, а второй вывод восьмого резистора 15 подключен к общей шине. Второй вывод шестого резистора 13 подключен к второму выводу девятого резистора 16, к первому выводу десятого резистора 17 и к инвертирующему входу второго операционного усилителя 9, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине. При этом первый вывод девятого резистора 16 подключен к выходу первого операционного усилителя 8, а второй вывод десятого резистора 17 подключен к выходу второго операционного усилителя 9. Этот выход является выходом однополосного амплитудного модулятора.

Предлагаемый однополосный модулятор работает следующим образом. Ранее было доказано, что на выходе первого ОУ 8 выделяется напряжение промежуточной частоты (См. формулы 3 и 4), определяемой суммой частот а и Q Однако на практике выделяется также ослабленный сигнал промежуточной частоты а) - Q Если предположить, что вследствие амплитудной асимметрии д напряжение 1)2 превышает Ui и подавление сигналов ненужной боковой полосы частот составляет NI, то после суммирования и инверсии напряжений Ui и U2 можно получить выражения, определяющие напряжения промежуточных частот на выходе первого операционного усилителя 8:

4L-- 4Aisin( + ,

(6)

4k -sin(,,-Q)t,(7)

где 5 U2/Ui 1, Nr 1 (См. фиг. 2а) Произведя почленное вычитание из выражения U2 выражения Ui и, учитывая значения д v NI, получим выражения для определения напряжений промежуточных

частот на выходе третьего операционного усилителя 10:

lUo- -slnCo flDt,

(8)

(9)

uЈ a-6lkUB-sin((w-Q)t, (См, фиг. 26).

После деления напряжения на выходе третьего ОУ 10 получим

(-Q)t.

(Ю)

lg.(a,-a)t, (11)

(См. фиг. 2в).

После почленного суммирования и инверсии напряжений, определяемых выра- жениями 6, 7 и 10, 11, получим выражения, определяющие напряжения на выходе модулятора:

.

ДО 4U+4U0 (См.фиг.2г).,(13)

Таким образом,в предлагаемом модуляторе сигнал суммарной промежуточной частоты ослабляется незначительно (1/N2i 0), в то время как сигнал разностной промежуточной частоты сильно ослаблен, несмотря на наличие амплитудной асимметрии. На этом основании можно считать, что в предлагаемом устройстве подавление сигналов ненужной боковой полосы частот возрастает, то есть

N2

2

(14)

Разделив Na на NI получим выражение, оп- ределяющеё степень увеличения подавления сигналов ненужной боковой полосы

частот « ГГ75Г 1,(15) Таким образом цель изобретения достигнута.

В прототипе и в предлагаемом устройстве выделяется сигнал суммарной промежуточной частоты о) + Q и подавляется сигнал

вым выводом десятого резистора, с вторым выводом шестого резистора и подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход соединен с вторым выводом десятого резистора и является выходом однополосного амплитудного модулятора.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопереда- ющих устройствах. Целью изобретения является увеличение подавления сигналов ненужной боковой полосы частот. Однополосный амплитудный модулятор содержит первый фазовращатель 1, первый перемножитель 2, второй фазовращатель 3, второй перемножитель 4, первый, второй и третий резисторы 5, 6, 7, первый, второй и третий операционные усилители 8, 9, 10, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый резисторы 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17. Второй и третий операционные усилители 9, 10 являются соответственно суммирующим и вычитающим, а их коэффициенты передачи подобраны таким образом, что увеличивается подавление сигналов ненужной боковой полосы частот. 2 ил.

Фи&г