Однополосный амплитудный модулятор

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих 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.

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспУБлик (я)5 Н 03 С 1/52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 2 ю." м. Л с д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4867795/09 (22) 21.09,90 (46) 15,01.93. Бюл. М 2 (71) Научно-исследовательский институт электротехники (72) В.И.Закиров и И.В,Закиров (56) Алексенко А,Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника, М,: Радио и связь, 1982, с.385386. (54) ОДНОПОЛОСНЫЙ АМПЛИТУДНЫЙ

МОДУЛЯТОР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Целью изобретения является увеличение подавления сигналов,,5U „„1 788566 А1 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 уси-. лители 9, 10 являются соответственно суммирующим и вычитающим, а их коэффициенты передачи подобраны таким образом, что увеличивается подавление сигналов ненужной боковой полосы частот. 2 ил.

1788566

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих 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 фазовращатель. 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 9Q 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 од. нополосного 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, 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

U = 0, sin Qt и сигнал несущей частоты

25

30 асимметрию сигналов д в тракте модулирующих частот, Здесь амплитудной асимметрией в тракте несущей частоты можно пренебречь, можно пренебречь также и значением Лъ так как на фиксированной несущей частоте нетрудно добиться выполнения

4() неравенства Л «Л>. Если обозначить через N> отношение уровней сигналов выделенной боковой полосы частот к остатку по45

«Я+у (5) 50

5

0 =- 0„, sin в t, Предположив, что коэффициейты 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:

U< = U sinâ t-U соэв=

=0,50 0о.(sin(m + Гф+ sin((e — Qit); (1)

02 = 0@сов в t. 0

=0,5 0(,,0 (sin(() + G)t - sin(cu — Ц(, (2)

Если коэффициент передачи первого суммирующего каскада. собранного на упомянутых первом операционном усилителе, первом, втором и третьем резисторах, равен единице по каждому входу, то после суммирования сигналов U> и Uz получим выражения для сигналов промежуточных (боковых) частот на выходе модулятора;

0,=-0 0 э!п(а+ ф; (3) u =o; (4) из которых следует, что выделяется сигнал промежуточной частоты co+ Q и подавляется сигнал промежуточной частоты в — Q.

Однако на практике подавление сигналов ненужной боковой полосы частот возможно лишь до определенной величины, Известно, что основными причинами, ограничивающими подавление, являются несовершенство фазовращателей, которое обуславливает конечную точность фазового сдвига Л< для первого фазовращателя и Лг для второго фазовращателя и амплитудную давленной боковой полосы частот, то для двухфазной системы модуляции, к которой принадлежит устройство — прототип, имеет место (с учетом того, что Л «Л > ) равенство (См. ЛЗ, ф-ла 3.7.6). из которого следует, что нужно добиваться уменьшения Л и д.

Целью изобретения является увеличение подавления сигналов ненужной боковой полосы частот, Указанная цель достигается тем, что s однополосный амплитудный модулятор, содержащий последовательно соединенные

1788566 первый фазовращатель и первый перемножитель, последовательно соединенные второй фазовращатель и второй перемножитель, первый, второй и третий резисторы, первые выводы которых под ключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя (ОУ), неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, а выход которого подключен к второму выводутретьего 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 усйлителя; 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 суммирую5

55 щий каскад, схемотехнически совпадающий с первым суммирующим каскадом, используемым в модуляторе — прототипе, Однако между ними есть существенная разница. Заключается 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 входу, подключенному к выходу третьего ОУ (первый вывод шестого резистора) в Ni раз меньше, где N> — подавление сигналов ненужной боковой полосы частот, полученное в прототипе (см. формулу 5).

Существенные признаки, отличающие предлагаемый однополосный модулятор от прототипа, состоят в введении вычитающего каскада, выполненного по схеме дифференциального усилителя с единичным 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 введенного суммирующего каскада по входу, подключенному к выходу первого суммирующего каскада равен единице, а по входу, подключенному к выходу вычитающего каскада e N> раз меньше, где N> — подавление сигналов ненужной боковой полосы частот, полученное в прототипе.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого однополосного модулятора; на фиг. 2 — спектральный состав напряжениИ 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 N> раз; г) — на выходе амплитудного модулятора.

Предлагаемый однополосный амплитудный модулятор содержит последовательно соединенные первый фазовращатель 1 и первый перемножитель 2, такие последовательно соединенные второй фазовращатель

3 и второй перемножитель 4. При этом гетеродинный вход первого перемножителя 2 подключен непосредственно, а гетеродинный вход второго перемножителя 4 через второй фазовращатель 3 — к источнику напряжения несущей частоты О,д= U .sin в t.

Сигнальный вход второго перемножителя 4 пбдключен непосредственно, а сигнальный вход первого перемножителя 2 через первый фазовращатель 1 — к источнику напряжения модулирующей частоты Uä= U< sin Q t.

Выход.первого перемножителя 2 подключен к второму выводу первого резистора

5, первый вывод которого подключен к пер1788566 вому 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 в и Q Однако на практике выделяется также ослабленный сигнал промежуточной частоты и — Q Если предположить, что вследствие амплитудной асимметрии д напряжение Uz превышает

0> и подавление сигналов ненужной боковой полосы частот составляет N>, то после суммирования и инверсии напряжений U> и

Ог можно получить выражения, определяющие напряжения промежуточных частот на выходе первого операционного усилителя 8:

0„ =--hU„U„sin(o +Q), (6) U„, у — sin (в — Q) с, (7)

1 D UQug.

5 где д= 02/01 1, N1» 1(см. фиг.2а)

Произведя почленное вычитание из выражения 02 выражения 01 и, учитывая значения д и N>, получим выражения для определения напряжений промежуточных

10 частот на выходе третьего операционного усилителя 10:

U = -" — sin (со+ Q) t, г д 0-О2.

ЯтЯ

15 (8) 0 „= д Цфр sin(й) — Q) t, (9) (См, фиг. 2б), После деления напряжения на выходе третьего OY 10 получим

U = sin (со — И) t, з д ЦаОа

Qiv. (10) Таким образом,в предлагаемом модуляторе сигнал суммарной промежуточной час40 тоты ослабляется незначительно(1/N <=О). г» в то время как сигнал разностной промежуточной частоты сильно ослаблен, несмотря на наличие амплитудной асимметрии. На этом основании можно считать, что в пред45 лагаемом устройстве подавление сигналов ненужной боковой полосы частот возрастает, то есть

Йг= — °

50 (14) Разделив Мг íà Nt получим выражение, определяющее степень увеличения подавления сигналов нен жной боковой полосы

55 частот .д- +Я " ) (15)

Таким образом, цель изобретения достигнута.

В прототипе и в предлагаемом устройстве выделяется сигнал суммарной промежуточной частоты а + И и подавляется сигнал

25 Ч = - — г — sin (rv — Q) t, (11) з д 0а0а. (См, фиг. 2в).

После почленного суммирования и инверсии напряжений, определяемых выра30 жениями 6, 7 и 10, 11, получим выражения, определяющие напряжения на выходе модулятора:

/ 1

О, +О „=-(4-у ЙО О,р sin(CD+c44 (qg)

U + 0„, =0 (См, фиг. 2г)., (13) 17885бб разностной промежуточной частоты и — Q

Вполне очевидно, что, поменяв местами сигналы несущей частоты, поступающие на гетеродинные входы перемножителей, можно выделить сигнал раэностной промежу- 5 точной частоты, подавив при этом сигнал суммарной промежуточной частоты. Действительно", в этом случае

01= icosèò. U cos Qt =

=0,5 U, Utt (cos (в — Q) t + cos (в + Q) t ), 10 (1 б)

02 = 0 sin cu t U sin Q t =

=0,5 0 0„(cos (в — Q) t — cos (и+ 0) t), (17) 15 следовательно

0 = - д Ц„Ц соя (и — Q) t, (18) 0, = cos (и + Q) t, 1 д Оа. (19) 20 (20) (21)

0, = - д О„Ц cos (и + Q) t, О„= — я — cos (a> — Й) с .

2 д .4О2

LI> = - — дг — соя (и + Q) с, э d L4un. (22) 0 = — cos(и — Q)t дЦ,О2

CD-Я. ц (233 30

В итоге U + U

= — (1 — — ) д 0 0 cos (в — Q) t, (24) к 35 (25)

Из последних двух выражений вытекает, что действительно выделяется сигнал разностной промежуточной частоты.

Технический эффект изобретения по 40 сравнению с прототипом заключается в увеличении подавления сигналов ненужной бо. ковой полосы частот.

Перемножители сигналов выполнены на прецизионных микросхемах 525 ПСЗБ, 45 фазовращатели, суммирующие и вычитающий каскады — на прецизионных операционных усилителях 544 УД2А. Все резисторы, кроме шестого резистора 13, имеют одну и ту же номинальную величину, а указанный 50 резистор имеет номинальную величину в Ni раз большую. Благодаря этому коэффициент передачи второго суммирующего каскада по отношению к вычитающему каскаду будет равен 1/N>, 55

Экспериментальные исследования прототипа и предлагаемого модулятора прово- " дились на несущей частоте 75 кГц в диапазоне частот модуляции 100 Гц — 10 кГц.

Исследование спектров частот выходных сигналов модуляторов проводилось с помощью двух последовательно включЖных селективных нановольтметров "Unipdn — 233", обладающих чувствительностью 10 нВ при максимальной селективности

54ДБ/окт. При этом была достигнута суммарная селективность = 100 ДБ/окт, Подавление сигналов ненужной боковой полосы частот в прототипе было не более 54

ДБ/окт„а в предлагаемом устройстве — не менее 75 ДБ/окт, Формула. изобретения

Однополосный амплитудный 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 — 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, отличающийся тем, что, с целью увеличения подавления сигналов ненужной боковой полосы частот, 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 шийе, первый вывод девятого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод девятого резистора соединен с пер1788566 вым выводом десятого резистора, с вторым выводом шестого резистора и подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход кого

Составитель В.Закиров

Техред М.Моргентал . Корректор А.К030рИ3

Редактор

Заказ 76 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

0 торого подключен к общей шине. а выход соединен с вторым выводом десятого резистора и является выходом однополосного амплитудного модулятора.