Однополосный амплитудный модулятор

(51) 3Р;Я ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ У НЫИ ится к радиотехнике ано в радиопередаью изобретения явдавления сигналов ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(57) Изобретение относи может быть использовющих устройствах. Целляется увеличение по, Я 2 1788566 А 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, 2Изобретение относится к радиотехникеи может быть использовано в радиопередающих устройствах для получения сигналов,содержащих одну наперед заданную боковую полосу частот и сильно подавленныесигналы ненужной боковой полосы частот инесущей частоты.Известен однополосный модулятор,обеспечивающий получение однополоснойамплитудной модуляции сигнала несущейчастоты, Этот модулятор содержит два перемножителя, двухфазный генератор и фазовращатель, Двухфазный генераторформирует два сигнала несущей частоты,сдвинутых по фазе на 90 относительно другдруга, из которых один поступает на одинперемножитель, а другой - на второй. Сигнал модулирующей частоты поступает наодин перемножитель непосредственно, а надругой - через фазовращатель, поворачивающий фазу модулирующего сигнала на 90ао всем диапазоне частот модуляции.Недостатком этого модулятора является недостаточное подавление сигналов ненужной боковой полосы частот,Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности являетсяоднополосный модулятор, содержащий последовательно соединенные первый фазовращатель и первый перемножитель,последовательно соединенные второй фазовращатель и второй перемножитель, первый, второй и третий резисторы, первыевыводы которых подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которогоподключен к общей шине, а выход которогоподключен к второму выводу третьего резистора, при этом второй вывод первого резистора соединен с выходом первогоперемножителя, другой вход которого соединен с входом второго фазовращателя иявляется входом модулируемого сигнала од. нополосного амплитудного модулятора,второй вывод второго резистора соединен свыходом второго перемножителя, другойвход которого соединен с входом первогофазовращателя и является входом модулирующего сигнала однополосного амплитудного модулятора, выходом которогоявляется выход первого операционного усилителя,Недостатком этого модулятора является недостаточное подавление сигналов ненужной боковой полосы частот. Рассмотримработу однополосного модулятора, выбранного в качестве прототипа. Пусть на соответствующие входы модулятора поступаютсигналы модулирующей частотыО, = О, зи 01 и сигнал несущей частоты20 25 30 асимметрию сигналов д в тракте модулирующих частот, Здесь амплитудной асимметрией в тракте несущей частоты можно пренебречь, можно пренебречь также и значением Л 2, так как на фиксированной несущей частоте нетрудно добиться выполнения 40 неравенства Л 2 Л. Если обозначитьчерез Й 1 отношение уровней сигналов выделенной боковой полосы частот к остатку по 45(5) 50 55 5 10 15 О .= О, зи в 1, Предположив, что коэффициейты передачи фазовращателей и перемножителей равны единице, и, перемножив указанные сигналы с учетом фазовых сдвигов в 90 О, вносимых фазовращателями, можно получить выражения для сигналов на выходе соответствующего перемножителя;01=0 зпв тО созе==0,5 ОдО зп( в + Я 1 - зп(а - Цс, (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 01 и 02 получим выражения для сигналов промежуточных (боковых) частот на выходе модулятора; О,=-О О зп(а+ф; (3) О =0; (4) из которых следует, что выделяется сигнал промежуточной частоты а+ Й и подавляется сигнал промежуточной частоты в - Й.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 1 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 2 Л 1 ) равенство (См. ЛЗ, ф-ла 3.7.6). из которого следует, что нужно добиваться уменьшения Ли д.Целью изобретения является увеличение подавления сигналов ненужной боковой полосычастот,Указанная цель достигается тем, что в однополосный амплитудный модулятор, содержащий последовательно соединенные5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 соединенс 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 суммирующий 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 Й 1 раз меньше, где М 1 - 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 пере- множителя, 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 в М 1 раз меньше, где Й 1 - 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 К 1 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= О, за вт, Сигнальный вход второго перемножителя 4 пбдключен непосредственно, а сигнальный вход первого перемножителя 2 через первый фазовращатель 1 - к источнику напряжения модулирующей частоты Од= О зп Й 1.Выход первого перемножителя 2 подключен к второму выводу первого резистора 5, первый вывод которого подключен к пер 1788566вому 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 и и Й Однако на практикевыделяется также ослабленный сигнал промежуточной частоты и - Й Если предположить, что вследствие амплитудной асимметрии д напряжение Ог превышает 01 и подавление сигналов ненужной боковой полосы частот составляет И 1, то после суммирования и инверсии напряжений 01 и Ог можно получить выражения, определяющие напряжения промежуточных частот на выходе первого операционного усилителя 8:0 =- - д О.,О яп (и + И) 1,(6) О = - зп (и - Й) с, (7)д ОЯОа,5 где д= Ог/01 1, Й 1 1(См. фиг.2 а)Произведя почленное вычитание из выражения Ог выражения 01 и, учитывая значения д и Й 1, получим выражения для определения напряжений промежуточных 10 частот на выходе третьего операционногоусилителя 10: О,=- зи (и+Й)1, г дООа15(См фиг 2 б)После деления напряжения на выходетретьего ОУ 10 получим20 0 = зп(и - И)т, д ЦОа, Яю(10) Таким образом,в предлагаемом модуляторе сигнал суммарной промежуточной час тоты ослабляется незначительно(1/й 1=0),гв то время как сигнал разностной промежуточной частоты сильно ослаблен, несмотря на наличие амплитудной асимметрии. На этом основании можно считать, что в пред лагаемом устройстве подавление сигналовненужной боковой полосы частот возрастает, то есть 2 Йг=-50(14) Разделив Мг на Й 1 получим выражение, определяющее степень увеличения подавления сигналов нен жной боковой полосы 55 частот д =Яф" )Таким образом, цель изобретения достигнута.В прототипе и в предлагаемом устройстве выделяется сигнал суммарной промежуточной частоты и+ И и подавляется сигнал 25 О = - - )г - 1 п (и - щ 1, 11)з д Бала(См, фиг. 2 в).После почленного суммирования и инверсии напряжений, определяемых выра жениями 6, 7 и 10, 11, получим выражения,определяющие напряжения на выходе модулятора:510 55 разностной промежуточной частоты и - Й Вполне очевидно, что, поменяв местами сигналы несущей частоты, поступающие на гетеродинные входы перемножителей, можно выделить сигнал разностной промежуточной частоты, подавив при этом сигнал суммарной промежуточной частоты. Действительно", в этом случае01= Одсози 1 О соз Йт =(17) следовательно 0 = - д ООсоя (и - Й) 1, (18) О, =соз (и+Й)т, (19) д Оа О = - д О, Ц соя (и + Й) 1, (20) Ч, = - я -- соя (и - Й) с, (21) 2 д ЩЗй з О = - "соз(в - Й)т (23) з д 04 Оя, ЯГ цВ итоге О д + Оа-а1 з1(25)Из последних двух выражений вытекает, что действительно выделяется сигналразностной промежуточной частоты,Технический эффект изобретения посравнению с прототипом заключается в увеличении подавления сигналов ненужной бо.ковой полосы частот.Перемножители сигналов выполненына прецизионных микросхемах 525 ПСЗБ,фазовращатели, суммирующие и вычитающий каскады - на прецизионных операционных усилителях 544 УД 2 А. Все резисторы,кроме шестого резистора 13, имеют одну иту же номинальную величину, а указанныйрезистор имеет номинальную величину в Мраз большую, Благодаря этому коэффициент передачи второго суммирующего каскада по отношению к вычитающему каскадубудет равен 1/й 1,Экспериментальные исследования прототипа и предлагаемого модулятора прово-дились на несущей частоте 75 кГц вдиапазоне частот модуляции 100 Гц - 10кГц. 15 20 25 30 35 40 45 50 Исследование спектров частот выходных сигналов модуляторов проводилось с помощью двух последовательно ъквючен- ных селективных нановольтметров "Оп(реп - 233", обладающих чувствительностью 10 нВ при максимальной селективности 54 ДБ/окт, При этом была достигнута суммарная селективность = 100 ДБ/окт, Подавление сигналов ненужной боковой полосы частот в прототипе было не более 54 ДБ/окта в предлагаемом устройстве - не менее 75 ДБ/окт,Формула, изобретения Однополосный амплитудный модулятор, содержащий последовательно соединенные первый фазовращэтель 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 шестогорезистора, 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 оставитель В.Закираехред М,Моргентал оэориз Редакто екто Заказ 76 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 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 выходсоединен с вторым выводом десятого резистора и является выходом однополосногоамплитудного модулятора,