Модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве модулятора амплитуды передатчиков теле- и радиовещания. Достигаемый технический результат - устранение искажений модулированного сигнала, обусловленных переотражениями. Модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов содержит два биполярных транзистора, два электрических фильтра, два направленных ответвителя, выполненных в виде отрезков двух связанных линий, три резистора, источник смещения, две согласованных нагрузки, конденсатор. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве модулятора амплитуды передатчиков теле- и радиовещания.

Известен модулятор амплитуды гармонических сигналов, содержащий первый электрический фильтр, вход которого является входом устройства для модулируемого сигнала, трансформатор, первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала и один из выводов вторичной обмотки которого подключен к источнику смещения, второй электрический фильтр, вход которого подключен к другому выводу вторичной обмотки трансформатора, третий электрический фильтр, выход которого является выходом устройства, биполярный транзистор, коллектор которого подключен к входу третьего электрического фильтра, его эмиттер соединен с общим для всего устройства проводником, а его база - с выходами первого и второго электрических фильтров, при этом напряжение питания на коллектор транзистора подается через катушку индуктивности третьего электрического фильтра [1].

Недостатком такого модулятора является небольшой динамический диапазон модулируемого сигнала, обусловленный переходом транзистора в режим двухстороннего ограничения при превышении амплитуды модулируемого сигнала значения, находящегося в пределах 1…2 В.

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов, содержащий первый электрический фильтр, вход которого является входом модулятора для модулируемого сигнала, второй электрический фильтр, выход которого является выходом модулятора, биполярный транзистор, эмиттер которого подключен к входу второго электрического фильтра и выходу первого электрического фильтра, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, первый резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора, а второй подключен к источнику смещения, конденсатор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора, а второй является входом модулятора для модулирующего сигнала [2].

Недостатком устройства-прототипа является искажение модулированного сигнала, что связано с появлением переотражений между входом модулятора и выходом генератора модулируемого сигнала в процессе модуляции.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - устранение искажений модулированного сигнала, обусловленных переотражениями между входом модулятора и выходом генератора модулируемого сигнала.

Это достигается тем, что в модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов, содержащий входы модулятора для модулируемого и модулирующего сигналов, выход модулятора, первый и второй электрические фильтры, биполярный транзистор, эмиттер которого подключен к входу второго электрического фильтра, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, первый резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора, а второй вывод подключен к источнику смещения, конденсатор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора, а второй соединен с входом модулятора для модулирующего сигнала, введены второй биполярный транзистор, эмиттер которого подключен к входу первого электрического фильтра, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, третий резистор, первый вывод которого соединен с базой второго биполярного транзистора, а второй подключен ко второму выводу первого резистора, два направленных ответвителя, выполненные в виде отрезков двух связанных линий, вход первой линии первого направленного ответвителя нагружен на согласованную нагрузку, а выход первой линии первого направленного ответвителя соединен с выходом второго электрического фильтра, вход второй линии первого направленного ответвителя соединен с выходом первого электрического фильтра, а ее выход подключен к выходу модулятора, вход первой линии второго направленного ответвителя соединен с входом первого электрического фильтра, а ее выход нагружен на согласованную нагрузку, при этом вход второй линии второго направленного ответвителя подключен к входу модулятора для модулируемого сигнала, а ее выход соединен с входом второго электрического фильтра.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного модулятора амплитуды мощных гармонических сигналов и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов (фиг.1) содержит входы модулятора для модулируемого и модулирующего сигналов, выход модулятора, первый и второй электрические фильтры 1 и 2, биполярный транзистор 3, эмиттер которого подключен к входу второго электрического фильтра 2, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, первый резистор 4, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора 3, второй резистор 5, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора 4, а второй вывод подключен к источнику смещения, конденсатор 6, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора 4, а второй соединен с входом модулятора для модулирующего сигнала, второй биполярный транзистор 7, эмиттер которого подключен к входу первого электрического фильтра 1, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, третий резистор 8, первый вывод которого соединен с базой второго биполярного транзистора 7, а второй подключен ко второму выводу первого резистора 4, два направленных ответвителя 9 и 10, выполненные в виде отрезков двух связанных линий, вход первой линии первого направленного ответвителя 9 нагружен на согласованную нагрузку 11, а выход первой линии первого направленного ответвителя 9 соединен с выходом второго электрического фильтра 2, вход второй линии первого направленного ответвителя соединен с выходом первого электрического фильтра 1, а ее выход подключен к выходу модулятора, вход первой линии второго направленного ответвителя 10 соединен с входом первого электрического фильтра 1, а ее выход нагружен на согласованную нагрузку 12, при этом вход второй линии второго направленного ответвителя подключен к входу модулятора для модулируемого сигнала, а ее выход соединен с входом второго электрического фильтра 2.

Предлагаемый модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов работает следующим образом. Модулируемый сигнал U_ω подается на вход модулятора для модулируемого сигнала, поступает на вход второй линии второго направленного ответвителя 10 и делится на две части, которые проходят на вход его первой линии и выход второй линии. Далее эти сигналы проходят через первый и второй электрические фильтры 1 и 2 и подаются на вход второй линии и выход первой линии первого направленного ответвителя 9. Складываясь в фазе на первом направленном ответвителе 9, модулируемый сигнал поступает на выход модулятора. На базу транзистора 3 через первый резистор 4 и второй резистор 5 и на базу второго транзистора 7 через третий резистор 8 и второй резистор 5 от источника смещения Е_см подается постоянное напряжение, запирающее переходы коллектор-база и база-эмиттер транзисторов 3 и 7. В исходном состоянии оба транзистора заперты. Переменное высокочастотное напряжение модулируемого сигнала, поступающее с входа первой линии второго направленного ответвителя 10 на вход первого электрического фильтра 1 и с выхода второй линии второго направленного ответвителя 10 на вход второго электрического фильтра 2, делится приблизительно поровну между емкостями закрытых переходов эмиттер-база и база-коллектор транзисторов 3 и 7, поскольку значения емкостей закрытых переходов эмиттер-база и база-коллектор современных биполярных транзисторов отличаются незначительно [3]. Величина постоянного запирающего напряжения на базах транзисторов 3 и 7 устанавливается равной половине амплитуды переменного высокочастотного напряжения, имеющейся на переходах эмиттер-база транзисторов 3 и 7 (то есть величина постоянного напряжения на базах транзисторов 3 и 7 устанавливается приблизительно равной одной четвертой части амплитуды номинального значения напряжения модулируемого сигнала). Резисторы 4 и 8 исключают влияние выходного сопротивления генератора модулирующего сигнала U_Ω на перераспределение высокочастотного напряжения модулируемого сигнала на емкостях закрытых переходов база-эмиттер и коллектор-база транзисторов 3 и 7.

В отрицательный полупериод воздействия переменного сигнала U_ω напряжения на эмиттерах транзисторов 3 и 7 в какой-то момент времени становятся меньше напряжений на их базах. Переходы база-эмиттер транзисторов 3 и 7 открываются, и через их коллекторные цепи начинают протекать токи, равные αI_Э, где α - коэффициент передачи эмиттерного тока, I_Э - ток эмиттера [3]. Для мгновенного значения напряжения модулируемого сигнала, превышающего половину номинального значения модулируемого сигнала, переходы эмиттер-коллектор транзисторов 3 и 7 представляют двухполюсники, сопротивление которых составляет доли Ом. В положительный полупериод модулируемого сигнала, амплитуда которого превышает половину номинального значения напряжения модулируемого сигнала, открываются переходы коллектор-база транзисторов 3 и 7, и через них начинают протекать токи, равные α_II_К, где α_I - коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении транзисторов 3 и 7, I_К - ток коллектора. Согласно [4] α≈α_I. При положительной полуволне модулируемого сигнала, амплитуда которого превышает половину амплитуды номинального напряжения, переходы эмиттер-коллектор транзисторов 3 и 7 также представляют собой двухполюсники, сопротивления которых составляют доли Ом. В этом случае мощный модулируемый сигнал оказывается двухсторонне ограниченным. При этом амплитуда высокочастотного модулируемого сигнала на эмиттерах транзисторов 3 и 7 оказывается равна напряжению, вдвое превышающему постоянное напряжение на базах транзисторов 3 и 7.

Модулирующий сигнал U_Ω, поступающий на базу транзистора 3 и одновременно на базу транзистора 7, изменяет по закону модуляции амплитуду модулируемого сигнала. Варьируя амплитудой модулирующего сигнала, можно изменять глубину модуляции высокочастотного модулируемого сигнала.

В моменты, когда переходы эмиттер-коллектор транзисторов 3 и 7 оказываются открытыми, вход первой линии и выход второй линии второго направленного ответвителя 10 оказываются рассогласованными. Отраженные от мест рассогласования сигналы складываются в фазе в согласованной нагрузке 12 второго направленного ответвителя 10. В этом случае в процессе модуляции не возникает переотражений между входом модулятора и выходом генератора модулируемого сигнала. Отсутствуют и искажения модулированного сигнала на выходе модулятора, обусловленные указанными переотражениями.

Между обозначениями объектов, представленных на фиг.1 и 2, имеются следующие соответствия: фильтр 1 соответствует фильтру, образованному элементами C1, C2, L1, L2 и L3; фильтр 2 - фильтру, образованному элементами C3, C4, L4, L5 и L6; транзистор 3 - транзистору VT2; резистор 4 - резистору R5; резистор 5 - резистору R4; конденсатор 6 - конденсатору C5; транзистор 7 - транзистору VT1; резистор 8 - резистору R1; первый направленный ответвитель 9 - НО1; второй направленный ответвитель 10 - НО2; согласованная нагрузка 11 - резистору R2; согласованная нагрузка 12 - резистору R3.

Технический эффект от использования заявляемого объекта по отношению к устройству-прототипу состоит в устранении искажений модулированного сигнала на выходе модулятора, обусловленных переотражениями между входом модулятора и выходом генератора модулируемого сигнала.

Источники информации

1. Радиопередающие устройства / Л.А.Белов, М.В.Благовещенский, В.М.Богачев и др.; Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина. - М.: Радио и связь, 1982. - 408 с. [стр.292, рис.21.1].

2. Титов А.А. Использование свойств закрытого биполярного транзистора в полосовых усилителях и модуляторах // Известия ТПУ - 2006. - №3. - С.156-159, [рис.7] - прототип.

3. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4-х томах. - М.: КУбК-а, 1997.

4. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977, - 672 с. [стр.181, рис.4-9].

Модулятор амплитуды мощных гармонических сигналов, содержащий входы модулятора для модулируемого и модулирующего сигналов, выход модулятора, первый и второй электрические фильтры, биполярный транзистор, эмиттер которого подключен к входу второго электрического фильтра, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, первый резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора, а второй вывод подключен к источнику смещения, конденсатор, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора, а второй соединен с входом модулятора для модулирующего сигнала, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй биполярный транзистор, эмиттер которого подключен к входу первого электрического фильтра, а коллектор соединен с общим для всего устройства проводником, третий резистор, первый вывод которого соединен с базой второго биполярного транзистора, а второй подключен ко второму выводу первого резистора, два направленных ответвителя, выполненные в виде отрезков двух связанных линий, вход первой линии первого направленного ответвителя нагружен на согласованную нагрузку, а выход первой линии первого направленного ответвителя соединен с выходом второго электрического фильтра, вход второй линии первого направленного ответвителя соединен с выходом первого электрического фильтра, а ее выход подключен к выходу модулятора, вход первой линии второго направленного ответвителя соединен с входом первого электрического фильтра, а ее выход нагружен на согласованную нагрузку, при этом вход второй линии второго направленного ответвителя подключен к входу модулятора для модулируемого сигнала, а ее выход соединен с входом второго электрического фильтра.