RU2591014C2 - Amplification and demodulation of fm signals and device to this end - Google Patents
Amplification and demodulation of fm signals and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2591014C2 RU2591014C2 RU2014142472/08A RU2014142472A RU2591014C2 RU 2591014 C2 RU2591014 C2 RU 2591014C2 RU 2014142472/08 A RU2014142472/08 A RU 2014142472/08A RU 2014142472 A RU2014142472 A RU 2014142472A RU 2591014 C2 RU2591014 C2 RU 2591014C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- terminal
- circuit
- resistive
- low
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к областям радиосвязи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы и могут быть использованы для создания многофункциональных устройств усиления амплитуды и демодуляции частотно-модулированных сигналов с увеличенным квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики при произвольных заданных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи и нагрузки.The invention relates to the fields of radio communication, radar, radio navigation and electronic warfare and can be used to create multifunctional devices for amplifying the amplitude and demodulating frequency-modulated signals with an increased quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic for arbitrary given characteristics of a nonlinear element, external feedback circuit and load.
Известен способ усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением [Радиоприемные устройства. Под общей редакцией В.И. Сифорова. М.: «Советское Радио», 1974, с. 137-150], выполнении условий усиления путем согласования с заданным допуском отрицательного сопротивления с сопротивлением остальной части усилителя. Входную часть выполняют из параллельного колебательного контура. Выходную часть усилителя выполняют из фильтра нижних частот (ФНЧ), разделительной емкости и низкочастотной нагрузки [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Советское радио», 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316]. Если средняя частота входного частотно-модулированного сигнала (ЧМС) совпадает со средней частотой левого склона амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебательного контура, то ЧМС преобразуется в амплитудно-модулированный ЧМС (АЧМС). Нелинейный элемент разрушает (расщепляет) спектр АЧМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие, ФНЧ выделяет низкочастотные составляющие, а остальные подавляет. Разделительная емкость устраняет постоянную составляющую. На низкочастотную нагрузку поступает низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС. В результате одновременно обеспечивается усиление и демодуляция ЧМС.A known method of amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal, based on the use of the energy of a constant voltage source, the organization of internal feedback in a nonlinear element by using a bipolar nonlinear element with negative differential resistance [Radio receivers. Under the general editorship of V.I. Siforova. M .: "Soviet Radio", 1974, p. 137-150], the fulfillment of the amplification conditions by matching with a given tolerance of negative resistance with the resistance of the rest of the amplifier. The input part is made of a parallel oscillatory circuit. The output part of the amplifier is performed from a low-pass filter (low-pass filter), separation capacitance and low-frequency load [Gonorovsky I.S. Radio engineering circuits and signals - M .: "Soviet Radio", 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316]. If the average frequency of the input frequency-modulated signal (HMS) coincides with the average frequency of the left slope of the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the oscillating circuit, then the HMS is converted to an amplitude-modulated ChMS (AHMS). A nonlinear element destroys (splits) the frequency response spectrum into high-frequency and low-frequency components, the low-pass filter selects low-frequency components, and suppresses the rest. The separation capacity eliminates the constant component. A low-frequency signal arrives at a low-frequency load, the amplitude of which changes according to the law of changing the frequency of the input HMS. As a result, amplification and demodulation of ChMS is simultaneously provided.
Известно устройство усиления и частотной модуляции, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольт-амперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением [Радиоприемные устройства. Под общей редакцией В.И. Сифорова. М.: «Советское Радио», 1974, с. 137-150], входной цепи из параллельного колебательного контура и реактивного четырехполюсника, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника выбраны из условия совпадения средней частоты левого склона АЧХ и средней частоты входного ЧМС и одновременного усиления амплитуды ЧМС [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Советское радио», 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316]. Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) рабочая точка нелинейного элемента устанавливается на падающем участке его вольт-амперной характеристики. Благодаря наличию внутренней обратной связи в двухполюсном нелинейном элементе на участке с падающей вольт-амперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника компенсирует потери во всей цепи с заданным допуском. Благодаря этому входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона колебательного контура, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольт-амперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ выделяет НЧ-составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость устраняет постоянную составляющую. НЧ-составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку. Происходит демодуляция ЧМС. Недостатком способа и устройства является простое суммирование функций усиления и частотной демодуляции. Если устройство эффективно в режиме усиления, то оно неэффективно в режиме частотной модуляции, и наоборот, если устройство эффективно в режиме частотной модуляции, то оно неэффективно в режиме усиления. Поэтому в общем случае возникают нежелательные частотные или нелинейные искажения в одном из режимов.A device for amplification and frequency modulation, consisting of a constant voltage source that sets the operating point in the middle of the falling section of the current-voltage characteristics of the bipolar nonlinear element with negative differential resistance [Radio receivers. Under the general editorship of V.I. Siforova. M .: "Soviet Radio", 1974, p. 137-150], an input circuit of a parallel oscillatory circuit and a reactive four-terminal, while the parameters of the circuit, a two-pole nonlinear element and a four-terminal are selected from the condition that the average frequency of the left slope of the frequency response and the average frequency of the input HMS coincide and the amplitude of the HMS is amplified [Gonorovsky I.S. Radio engineering circuits and signals - M .: "Soviet Radio", 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316]. The principle of operation of this device is as follows. When you turn on the DC voltage (current) source, the operating point of the nonlinear element is set on the falling section of its current-voltage characteristics. Due to the presence of internal feedback in a bipolar nonlinear element, a negative differential resistance arises in a section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal device, compensates for losses in the entire circuit with a given tolerance. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of the oscillating circuit is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic, and the input HMS is converted to AFM. A nonlinear element splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter isolates the low-frequency component, and suppresses the others, the separation capacitance eliminates the constant component. The low-frequency component, the amplitude of which varies according to the law of changing the frequency of the input HMS, is supplied to the low-frequency load. There is demodulation of the emergency response. The disadvantage of this method and device is the simple summation of the gain and frequency demodulation functions. If the device is effective in gain mode, then it is ineffective in frequency modulation mode, and vice versa, if the device is effective in frequency modulation mode, then it is ineffective in gain mode. Therefore, in the general case, undesirable frequency or nonlinear distortions occur in one of the modes.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, основанный на использовании энергии источника постоянного напряжения, организации цепи прямой передачи (ЦПП) и цепи внешней обратной связи (ОС), выполнении условий усиления путем согласования с заданным допуском ОС и ЦПП с остальной части усилителя. Если средняя частота входного ЧМС совпадает со средней частотой левого склона АЧХ, а выходом остальной части усилителя является фильтр нижних частот и низкочастотная нагрузка, то одновременно с усилением произойдет преобразование ЧМС в АЧМС, амплитуда которого будет изменяться по закону изменения частоты входного ЧМС, а также амплитудная демодуляция АЧМС с формированием на низкочастотной нагрузке НЧ сигнала, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Советское радио», 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316].The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal, based on the use of energy from a constant voltage source, organization of a direct transmission circuit (DPC) and external feedback circuit (OS), the fulfillment of amplification conditions by agreement with the specified tolerance of the OS and the CPU from the rest of the amplifier. If the average frequency of the input HMS coincides with the average frequency of the left slope of the frequency response, and the output of the rest of the amplifier is a low-pass filter and a low-frequency load, then simultaneously with amplification, the HMS will be converted to AHMS, the amplitude of which will change according to the law of the frequency of the input HMS, as well as the amplitude demodulation of AFMC with the formation of a low-frequency load of the LF signal, the amplitude of which varies according to the law of the frequency of the input HMS [Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals - M .: "Soviet Radio", 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольт-амперной характеристики транзистора, цепи прямой передачи в виде первого четырехполюсника для согласования выходного электрода транзистора и нагрузки, входной цепи в виде параллельного колебательного контура, RC-цепи внешней положительной обратной связи (в общем виде - второго четырехполюсника для согласования управляющего электрода транзистора и нагрузки) между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, выходной цепи в виде ФНЧ, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, при этом параметры контура, цепи прямой передачи, цепи обратной связи и транзистора выбраны из условия совпадения средней частоты левого склона АЧХ всего устройства и средней частоты входного ЧМС и одновременного усиления амплитуды ЧМС [Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Советское радио», 1977, с. 190-193, 290-293, 311-316].The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device for amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source that sets an operating point in the middle of the quasilinear section of the transient current-voltage characteristic of the transistor, a direct transmission circuit in the form of a first four-terminal device for matching the output transistor electrode and load, input circuit in the form of a parallel oscillatory circuit, RC circuit of the external positive back communication (in general, the second four-terminal network for matching the control electrode of the transistor and the load) between the load and the control electrode of the transistor, the output circuit in the form of a low-pass filter, isolation capacitance and low-frequency load, while the parameters of the circuit, direct current circuit, feedback circuit and transistor selected from the condition of coincidence of the average frequency of the left slope of the frequency response of the entire device and the average frequency of the input HMS and the simultaneous amplification of the amplitude of the HMS [Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals - M .: "Soviet Radio", 1977, p. 190-193, 290-293, 311-316].
Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) рабочая точка нелинейного элемента устанавливается на середине квазилинейного участка его проходной вольт-амперной характеристики. Благодаря наличию внешней обратной связи, согласования с помощью реактивных четырехполюсников выходного электрода с нагрузкой и нагрузки с управляющим электродом, потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для устранения возможности возбуждения устройства. Благодаря этому входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона колебательного контура, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка вольт-амперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ выделяет НЧ-составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость устраняет постоянную составляющую, НЧ-составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку. Происходит демодуляция ЧМС. Недостатком способа и устройства является простое совмещение функций усиления и частотной демодуляции. Общим недостатком всех известных способов и устройств является то, что отсутствуют технические решения, способствующие обеспечению режима усиления и режима частотной демодуляции с помощью одного радиотехнического устройства. Если в режиме частотной демодуляции достигнут минимум нелинейных и частотных искажений, то в режиме усиления эти искажения будут максимальными, и наоборот, если в режиме усиления достигнут минимум нелинейных и частотных искажений, то в режиме частотной демодуляций эти искажения будут максимальными. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств усиления и частотной демодуляции в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых, кроме того, обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. Кроме того, частотную демодуляцию и усиление можно обеспечить при наличии резистивных четырехполюсников, параметры которых не зависят от частоты в достаточно большом диапазоне частот, что при определенных условиях способствует увеличению квазилинейного участка частотной демодуляционной характеристики, обеспечению заданного коэффициента усиления и динамического диапазона. Это обеспечивает минимум нелинейных и частотных искажений. Основой для данного изобретения является определение указанных условий.The principle of operation of this device is as follows. When a constant voltage (current) source is turned on, the operating point of the nonlinear element is set in the middle of the quasilinear section of its through-current voltage-current characteristic. Due to the presence of external feedback, matching the output electrode with the load and the load with the control electrode using reactive four-terminal devices, the losses in the entire circuit are compensated with a certain tolerance necessary to eliminate the possibility of excitation of the device. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of the oscillating circuit is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear portion of the current-voltage characteristic, and the input HMS is converted to AFM. A nonlinear element splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter isolates the low-frequency component, and suppresses the others, the separation capacitance eliminates the constant component, the low-frequency component, whose amplitude changes according to the law of the frequency of the input frequency, is applied to the low-frequency load. There is demodulation of the emergency response. The disadvantage of this method and device is the simple combination of amplification and frequency demodulation. A common disadvantage of all known methods and devices is that there are no technical solutions that contribute to providing a gain mode and a frequency demodulation mode using a single radio device. If a minimum of nonlinear and frequency distortion is achieved in the frequency demodulation mode, then in the amplification mode these distortions will be maximum, and vice versa, if a minimum of nonlinear and frequency distortion is achieved in the amplification mode, then these distortions will be maximum in the frequency demodulation mode. This question arises especially sharply when designing amplification and frequency demodulation devices in the HF and UHF bands, on which, in addition, it is necessary to take into account the reactive components of the parameters of nonlinear elements. Currently, the classical theory of radio circuits does not take this into account. In addition, frequency demodulation and amplification can be achieved with resistive quadripoles, the parameters of which are independent of the frequency in a sufficiently large frequency range, which under certain conditions contributes to an increase in the quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic, providing a given gain and dynamic range. This ensures a minimum of non-linear and frequency distortion. The basis for this invention is the definition of these conditions.
Техническим результатом изобретения является усиление и частотная демодуляция высокочастотного сигнала с помощью устройства с увеличенным динамическим диапазоном и квазилинейным участком частотной демодуляционной характеристики благодаря согласованию с помощью резистивного четырехполюсника по критерию формирования квазилинейного участка левого склона АЧХ, совпадающего с диапазоном изменения частоты входного ЧМС. Возможность использования различных вариантов включения трехполюсного нелинейного элемента относительно резистивного четырехполюсника и различных видов обратной связи расширяет возможности физической реализуемости этого результата.The technical result of the invention is the amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal using a device with an increased dynamic range and a quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic due to matching with a resistive four-terminal device according to the criterion for the formation of a quasilinear portion of the left slope of the frequency response that matches the frequency range of the input HMS. The possibility of using various options for including a three-pole nonlinear element with respect to a resistive four-terminal and various types of feedback expands the possibilities of the physical feasibility of this result.
1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, основанном на использовании энергии источника постоянного напряжения, взаимодействии частотно-модулированного сигнала с устройством, которое выполняют из цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, выполнении условий согласования цепи прямой передачи с цепью внешней обратной связи, условий согласования цепи внешней обратной связи с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, условий согласования цепи прямой передачи и цепи внешней обратной связи с остальной частью устройства с заданным допуском, преобразовании частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал на левом склоне амплитудно-частотной характеристики, расщеплении спектра амплитудно-частотно-модулированного сигнала на низкочастотные и высокочастотные составляющие с помощью трехполюсного нелинейного элемента, выделении низкочастотной составляющей с помощью фильтра нижних частот, устранении постоянной составляющей с помощью разделительной емкости и получении на низкочастотной нагрузке низкочастотного сигнала, амплитуда которого изменяется по закону изменения частоты частотно-модулированного сигнала, дополнительно четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по последовательно-параллельной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, значение модуля mp передаточной функции и резонансную частоту устройства выбирают из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты частотно-модулированного сигнала, условия согласования по критерию одновременного обеспечения усиления и частотной демодуляции выполняют путем реализации заданного значения mp на резонансной частоте за счет выбора значений параметров резистивного четырехполюсника в соответствии со следующими математическими выражениями:1. The specified result is achieved by the fact that in the known method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals, based on the use of energy from a constant voltage source, the interaction of the frequency-modulated signal with a device that is performed from a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, four-terminal, circuit external feedback, low-pass filter, separation capacitance and low-frequency load, meeting the conditions for matching the forward circuit with the external feedback circuit conditions for matching the external feedback circuit with the control electrode of a three-pole nonlinear element, matching conditions for the direct transmission circuit and the external feedback circuit with the rest of the device with a given tolerance, converting the frequency-modulated signal into an amplitude-frequency-modulated signal on the left slope of the amplitude frequency response, splitting the spectrum of the amplitude-frequency-modulated signal into low-frequency and high-frequency components using a three-pole nonlinear element, isolating the low-frequency component using a low-pass filter, eliminating the constant component using a dividing capacitance, and receiving a low-frequency signal at a low-frequency load, the amplitude of which changes according to the law of frequency change of the frequency-modulated signal, additionally, the four-terminal network is made resistive as an external feedback circuit use an arbitrary complex four-terminal connected to a three-pole nonlinear element in series-parallel hydrochloric scheme tripolar nonlinear element and a feedback loop as a single node in cascade inserted between the source of the frequency-modulated signal with a complex impedance and the input resistive quadripole, between the output of the resistive quadripole and lowpass filter includes high-frequency load in the form of two-terminal network with a complex impedance value of the modulus m p the transfer function and the resonant frequency of the device is selected from the conditions for the formation of a given slope of the quasilinear portion of the left slope the amplitude-frequency characteristics of the device in a given frequency band that coincides with the frequency range of the frequency-modulated signal, the matching conditions by the criterion of simultaneously providing amplification and frequency demodulation are performed by realizing the set value m p at the resonant frequency by choosing the values of the parameters of the resistive four-terminal network in accordance with the following mathematical expressions:
; , ; ,
где ; ; ; ; ; A1=r110x21-x110r21; B1=r110r21+x110x21; A2=r220r21+x220x21; B2=r21x220-r220x21;Where ; ; ; ; ; A 1 = r 110 x 21 -x 110 r 21 ; B 1 = r 110 r 21 + x 110 x 21 ; A 2 = r 220 r 21 + x 220 x 21 ; B 2 = r 21 x 220 -r 220 x 21 ;
r110=r12r21+x11x22-r0r22+x0x22-r11r22-x12x21; r220=-(r0+r11);r 110 = r 12 r 21 + x 11 x 22 -r 0 r 22 + x 0 x 22 -r 11 r 22 -x 12 x 21 ; r 220 = - (r 0 + r 11 );
x110=r12x21-x0r22-r11x22-r0x22+x12r21-x11r22; x220=-(x0+x11);x 110 = r 12 x 21 -x 0 r 22 -r 11 x 22 -r 0 x 22 + x 12 r 21 -x 11 r 22 ; x 220 = - (x 0 + x 11 );
, ; - отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи резистивного четырехполюсника a, b, c, d; r0, rн, x0, xн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; r11, x11, r12, x12, r2l, x2l, r22, x22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H цепи внешней обратной связи на резонансной частоте. , ; - the ratio of the corresponding elements of the classical transmission matrix of the resistive quadrupole a, b, c, d; r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; r 11 , x 11 , r 12 , x 12 , r 2l , x 2l , r 22 , x 22 are the given total values of the real and imaginary components of the mixed matrix elements H of the three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the mixed matrix H of the external feedback circuit at the resonant frequency.
2. Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов, выполненном из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника, цепи внешней обратной связи, фильтра нижних частот, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, дополнительно четырехполюсник выполнен резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по последовательно-параллельной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включена высокочастотная нагрузка в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, резистивный четырехполюсник выполнен в виде T-образного соединения трех резистивных двухполюсников с сопротивлениями r1, r2, r3, значения сопротивлений r1, r3 выбраны из условия согласования по критерию одновременного обеспечения усиления и частотной демодуляции в соответствии со следующими математическими выражениями:2. The specified result is achieved by the fact that in the known device for amplification and demodulation of frequency-modulated signals made from a constant voltage source, a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, four-terminal, external feedback circuit, low-pass filter, separation capacitance and low-frequency load , additionally the four-terminal is made resistive, as an external feedback circuit an arbitrary complex four-terminal connected to a three-pole circuit is used a linear element in a parallel-parallel circuit, a three-pole non-linear element and a feedback circuit as a single node are cascaded between the source of the frequency-modulated signal with complex resistance and the input of the resistive four-terminal, between the output of the resistive four-terminal and a low-pass filter, a high-frequency load in the form of a two-terminal with a complex resistance, the resistive four-terminal is made in the form of a T-shaped connection of three resistive two-terminal with resistance and r 1, r 2, r 3, the resistance values r 1, r 3 are selected from the condition score matching simultaneously provide gain and frequency demodulation in accordance with the following mathematical expression:
; , ; ,
где ;Where ;
; ; ; ; , A1=r110x21-x110r21; B1=r110r21+x110x21; A2=r220r21+x220x21; B2=r21x220-r220x21; ; ; ; ; , A 1 = r 110 x 21 -x 110 r 21 ; B 1 = r 110 r 21 + x 110 x 21 ; A 2 = r 220 r 21 + x 220 x 21 ; B 2 = r 21 x 220 -r 220 x 21 ;
r110=r12r21+x11x22-r0r22+x0x22-r11r22-x12x21; r220=-(r0+r11);r 110 = r 12 r 21 + x 11 x 22 -r 0 r 22 + x 0 x 22 -r 11 r 22 -x 12 x 21 ; r 220 = - (r 0 + r 11 );
x110=r12x21-x0r22-r11x22-r0x22+x12r21-x11r22; x220=-(x0+x11);x 110 = r 12 x 21 -x 0 r 22 -r 11 x 22 -r 0 x 22 + x 12 r 21 -x 11 r 22 ; x 220 = - (x 0 + x 11 );
r0, rн, x0, xн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; r11, x11, r12, x12, r21, x2l, r22, x22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H цепи внешней обратной связи на резонансной частоте; значение резонансной частоты и величина заданного и реализуемого модуля mp передаточной функции на резонансной частоте выбраны из условия совпадения формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты входного частотно-модулированного сигнала;r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; r 11 , x 11 , r 12 , x 12 , r 21 , x 2l , r 22 , x 22 are the given total values of the real and imaginary components of the elements of the mixed matrix H of the three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the mixed matrix H of the external feedback circuit at the resonant frequency; the value of the resonant frequency and the value of the given and realized module m p of the transfer function at the resonant frequency are selected from the condition that the formation of the specified slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the device in the given frequency band coincides with the frequency range of the input frequency-modulated signal;
r2 - заданное значение сопротивления второго двухполюсника резистивного четырехполюсника.r 2 - the set value of the resistance of the second two-terminal resistive four-terminal.
На фиг. 1 показана схема устройства усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.In FIG. 1 shows a diagram of a device for amplification and demodulation of frequency-modulated signals (prototype) that implements the prototype method.
На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п. 2., реализующая предлагаемый способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов по п. 1.In FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed device according to claim 2., which implements the proposed method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals according to
На фиг. 3. приведена схема согласующего резистивного четырехполюсника, входящего в состав предлагаемого устройства (фиг. 2).In FIG. 3. The diagram of the matching resistive four-port network, which is part of the proposed device (Fig. 2).
Устройство-прототип (Фиг. 1), реализующее способ-прототип, содержит цепь прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента VT-1, подключенного к источнику постоянного напряжения-2, согласующего устройства СУ-3 в виде реактивного четырехполюсника. К цепи прямой передачи (ЦПП) подключена цепь обратной связи ОС-4. К выходу узла из ЦПП и ОС как единого целого подключены ФНЧ-5, разделительная емкость CР-6 и низкочастотная нагрузка Rн-7. Между источником ЧМС с сопротивлением z0-8 и входом ЦПП и ОС параллельно включен параллельный колебательный контур КК-9 на элементах L, R, C.The prototype device (Fig. 1), which implements the prototype method, contains a direct transmission circuit in the form of a three-pole non-linear element VT-1 connected to a constant voltage source-2, matching device SU-3 in the form of a reactive four-terminal device. An OS-4 feedback circuit is connected to the direct transmission circuit (DPC). An LPF-5, a separation capacitance C P -6 and a low-frequency load R n -7 are connected to the node output from the CPU and OS as a whole. A parallel oscillatory circuit KK-9 on elements L, R, C is connected in parallel between the source of the ChMS with resistance z 0 -8 and the input of the CPU and OS.
Принцип действия устройства усиления и демодуляции ЧМС (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.The principle of operation of the device for amplification and demodulation of the ChMS (prototype) that implements the prototype method is as follows.
При включении источника постоянного напряжения (тока)-2 рабочая точка нелинейного элемента-1 устанавливается на середине квазилинейного участка его проходной вольт-амперной характеристики. Благодаря согласованию с помощью СУ-3 выходного электрода с ОС-4 и ОС-4 с управляющим электродом в цепи возникает отрицательное сопротивление и потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для устранения возможности возбуждения устройства. Благодаря этому входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона КК-9, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка вольт-амперной характеристики, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Нелинейный элемент-1 расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ-5 выделяет НЧ-составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость CР-6 устраняет постоянную составляющую, НЧ-составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку-7. Происходит демодуляция ЧМС.When you turn on the source of constant voltage (current) -2, the operating point of the nonlinear element-1 is set in the middle of the quasilinear section of its through-voltage-current characteristic. Due to coordination with the SU-3 output electrode with OS-4 and OS-4 with a control electrode, negative resistance arises in the circuit and losses in the entire circuit are compensated with a certain tolerance necessary to eliminate the possibility of device excitation. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of KK-9 is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear section of the current-voltage characteristic, and the input HMS is converted to AFM. Nonlinear element-1 splits (destroys) the frequency response spectrum into components, the low-pass filter-5 isolates the low-frequency component, and suppresses the rest, the separation capacitance C P -6 eliminates the constant component, the low-frequency component, the amplitude of which changes according to the law of the frequency of the input HMS, on low-frequency load-7. There is demodulation of the emergency response.
Недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше.The disadvantages of the prototype method and device for its implementation are described above.
Предлагаемое устройство по п. 2 (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ по п. 1, содержит трехполюсный нелинейный элемент-1 с известными элементами смешанной матрицы H
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.The proposed device operates as follows.
При включении источника постоянного напряжения (тока)-2 рабочая точка нелинейного элемента-1 устанавливается на начальном участке его проходной вольт-амперной характеристики (режим работы с отсечкой, позволяющий разрушать спектр сигнала). Благодаря согласованию ЦПП и ОС как единого целого с помощью СРЧ-11 с остальной частью устройства в цепи возникает отрицательное сопротивление и потери во всей цепи компенсируются с определенным допуском, необходимым для усиления амплитуды и устранения возможности возбуждения устройства, а также формируется левый склон АЧХ с заданной крутизной в заданной полосе частот. Происходит увеличение квазилинейного участка левого склона АЧХ. Благодаря этому входной ЧМС со средней частотой, равной средней частоте левого склона АЧХ, усиливается до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка левого склона АЧХ, а входной ЧМС преобразуется в АЧМС. Происходит увеличение амплитуды АЧМС на квазилинейном участке левого склона АЧХ, что равносильно увеличению динамического диапазона. Нелинейный элемент-1 расщепляет (разрушает) спектр АЧМС на составляющие, ФНЧ-5 выделяет НЧ-составляющую, а остальные подавляет, разделительная емкость CР-6 устраняет постоянную составляющую, НЧ-составляющая, амплитуда которой изменяется по закону изменения частоты входного ЧМС, поступает на низкочастотную нагрузку-7. Происходит демодуляция ЧМС, частотные и нелинейные искажения уменьшаются. Коэффициент детектирования увеличивается в число раз, равное коэффициенту усиления - модулю передаточной функции высокочастотной части (до фильтра нижних частот) предлагаемого устройства.When you turn on the source of constant voltage (current) -2, the operating point of the nonlinear element-1 is set at the initial section of its through-current voltage-current characteristic (the mode of operation with cut-off, which allows to destroy the signal spectrum). Due to the coordination of the DPC and the OS as a whole with the help of the RF system-11 with the rest of the device, negative resistance arises in the circuit and losses in the entire circuit are compensated with a certain tolerance necessary to amplify the amplitude and eliminate the possibility of excitation of the device, and the left slope of the frequency response with a given steepness in a given frequency band. An increase in the quasilinear portion of the left slope of the frequency response occurs. Due to this, the input HMS with an average frequency equal to the average frequency of the left slope of the frequency response is amplified to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear section of the left slope of the frequency response, and the input HMS is converted to AFM. There is an increase in the amplitude of the AFM in the quasilinear section of the left slope of the frequency response, which is equivalent to an increase in the dynamic range. Nonlinear element-1 splits (destroys) the spectrum of the AFMC into components, the low-pass filter-5 isolates the low-frequency component, and suppresses the others, the separation capacitance CP-6 eliminates the constant component, the low-frequency component, the amplitude of which changes according to the law of the frequency of the input HMS, goes to low frequency load-7. FMD demodulation occurs, frequency and nonlinear distortions are reduced. The detection coefficient increases by a factor equal to the gain — the transfer function module of the high-frequency part (up to the low-pass filter) of the proposed device.
Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.
Введем обозначения зависимостей сопротивления источника сигнала z01=r0+jx0, нагрузки zн2=rн+jxн и зависимостей элементов смешанной матрицы H нелинейного элемента (VT)
Общая смешанная матрица H нелинейного элемента (VT) и четырехполюсника цепи обратной связи (ОС) и соответствующая ей классическая матрица передачи:Common mixed matrix H of a nonlinear element (VT) and a four-terminal feedback loop (OS) and the corresponding classical transmission matrix:
где |h|=h11h22-h12h21. Резистивный четырехполюсник (СРЧ) характеризуется матрицей передачи:where | h | = h 11 h 22 -h 12 h 21 . Resistive quadripole (RMS) is characterized by a transmission matrix:
где ; ; ; a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи.Where ; ; ; a, b, c, d - elements of the classical transmission matrix.
Общая нормированная классическая матрица передачи высокочастотной части усилителя и частотного демодулятора получается перемножением матрицы передачи (1) и матрицы (2) и учетом условий нормировки:The general normalized classical transmission matrix of the high-frequency part of the amplifier and the frequency demodulator is obtained by multiplying the transmission matrix (1) and matrix (2) and taking into account normalization conditions:
Используя известную связь элементов матрицы рассеяния с элементами классической матрицы передачи (Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. С. 34-36) и матрицу передачи (3) получим выражение для коэффициента передачи высокочастотной части усилителя и частотного демодулятора в режиме усиления:Using the well-known connection between the elements of the scattering matrix and the elements of the classical transmission matrix (Feldstein A.L., Yavich L.R. Synthesis of four-terminal and eight-terminal devices on a microwave. M: Communication, 1971. P. 34-36) and the transmission matrix (3) we obtain expression for the transfer coefficient of the high-frequency part of the amplifier and the frequency demodulator in the amplification mode:
Можно показать, что коэффициент передачи (4) связан с физически реализуемой передаточной функцией простым соотношением . ПоэтомуIt can be shown that the transmission coefficient (4) is related to a physically realized transfer function by a simple relation . therefore
. .
Передаточная функция (5) приводится к известному виду для коэффициента усиления усилителя с обратной связью:The transfer function (5) is reduced to a known form for the gain of a feedback amplifier:
где ; - коэффициенты усиления цепи прямой передачи и цепи обратной связи.Where ; - gains of the forward link circuit and feedback loop.
Пусть требуется обеспечить требуемые зависимости модуля m (АЧХ) и фазы φ (ФЧХ) передаточной функции усилителя и частотного модулятора от частоты:Let it be required to provide the required dependences of the module m (AFC) and phase φ (PFC) of the transfer function of the amplifier and frequency modulator on frequency:
Подставим (5) или (6) в (7). После разделения между собой мнимых и действительных частей получим систему двух уравнений, эквивалентных (7):Substitute (5) or (6) in (7). After separating the imaginary and real parts from each other, we obtain a system of two equations equivalent to (7):
где Cs=(α+γrн)r220-(β+rн)r110+xн(x110-γx220);where C s = (α + γr n ) r 220 - (β + r n ) r 110 + x n (x 110 -γx 220 );
Sc=(α+γrн)x220-(β+rн)x110-xн(r110-γr220);S c = (α + γr n ) x 220 - (β + r n ) x 110 -x n (r 110 -γr 220 );
r110=r12r21+x11x22-r0r22+x0x22-r11r22-x12x21; r220=-(r0+r11);r 110 = r 12 r 21 + x 11 x 22 -r 0 r 22 + x 0 x 22 -r 11 r 22 -x 12 x 21 ; r 220 = - (r 0 + r 11 );
x110=r12x21-x0r22-r11x22-r0x22+x12r21-x11r22; x220=-(x0+x11);x 110 = r 12 x 21 -x 0 r 22 -r 11 x 22 -r 0 x 22 + x 12 r 21 -x 11 r 22 ; x 220 = - (x 0 + x 11 );
Решение (8) имеет вид оптимальных по критерию (7) взаимосвязей между элементами классической матрицы передачи СРЧ:Solution (8) has the form of the optimal by criterion (7) interconnections between elements of the classic passive transmission matrix of the RMS:
где ; ; ;Where ; ; ;
; ; A1=r110x21-x110r21; B1=r110r21+x110x21; A2=r220r21+x220x21; B2=r21x220-r220x21; ; ; A 1 = r 110 x 21 -x 110 r 21 ; B 1 = r 110 r 21 + x 110 x 21 ; A 2 = r 220 r 21 + x 220 x 21 ; B 2 = r 21 x 220 -r 220 x 21 ;
Оптимальные характеристики (9), обеспечивающие заданную крутизну и линейность левого склона АЧХ во всем диапазоне частот, реализовать невозможно. Здесь предлагается реализация квазиоптимальных характеристик, приблизительно совпадающих с оптимальными характеристиками в определенной полосе частот.The optimal characteristics (9), providing the specified slope and linearity of the left slope of the frequency response in the entire frequency range, cannot be realized. Here we propose the implementation of quasi-optimal characteristics that approximately coincide with the optimal characteristics in a certain frequency band.
Известно, что максимум АЧХ наблюдается на частоте, на которой фаза передаточной функции равна нулю. Это частота называется резонансной. Частота входного ЧМС изменяется относительно средней частоты в сторону уменьшения и в сторону увеличения на величину, равную девиации частоты. Назовем максимальную величину частоты ЧМС верхней частотой. Таким образом, если резонансная частота устройства расположена выше верхней частоты ЧМС, то изменение частоты ЧМС будет происходить на левом склоне АЧХ предлагаемого устройства, в результате чего произойдет преобразование входного ЧМС в АЧМС. Усиление амплитуды входного ЧМС в предлагаемом устройстве носит регенеративный характер - чем больше коэффициент усиления на резонансной частоте, тем уже рабочая полоса частот, и наоборот. Поэтому изменяя задаваемую и реализуемую в силу (9) величину модуля передаточной функции mp, равную значению m на резонансной частоте, мы можем регулировать величину квазилинейного участка левого склона АЧХ для обеспечения его совпадения с диапазоном изменения частоты входного ЧМС. Положим в (9) φ=0. ПолучимIt is known that the maximum frequency response is observed at a frequency at which the phase of the transfer function is zero. This frequency is called resonant. The frequency of the input FMC changes relative to the average frequency in the direction of decreasing and increasing in the amount equal to the frequency deviation. We call the maximum value of the frequency of the emergency response the upper frequency. Thus, if the resonant frequency of the device is located above the upper frequency of the ChMS, then the change in the frequency of the ChMS will occur on the left slope of the frequency response of the proposed device, as a result of which the input ChMS will be converted to the ChMS. The amplification of the amplitude of the input HMS in the proposed device is regenerative in nature - the higher the gain at the resonant frequency, the narrower the working frequency band, and vice versa. Therefore, changing the value of the transfer function modulus m p specified and implemented by virtue of (9), equal to the value of m at the resonant frequency, we can adjust the value of the quasilinear portion of the left slope of the frequency response to ensure that it matches the frequency range of the input HMS. We set φ = 0 in (9). Get
где ; . Остальные коэффициенты имеют тот же вид, что и в (9).Where ; . The remaining coefficients have the same form as in (9).
Реализация квазиоптимальных характеристик (10) осуществляется следующим образом. Выбираем типовую схему резистивного четырехполюсника с известной классической матрицей передачи. Находим отношения элементов классической матрицы передачи. Определенные таким образом коэффициенты ; ; ; a подставляем в (10) и решаем полученную систему уравнений относительно двух выбранных параметров выбранной схемы СРЧ. Если в СРЧ-11 количество двухполюсников больше двух, то сопротивления остальных двухполюсников могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. В соответствии с этим алгоритмом получены выражения для определения оптимальных по критерию (10) сопротивлений первого и третьего двухполюсников СРЧ в виде T-образного звена (фиг. 3):The implementation of quasi-optimal characteristics (10) is as follows. We choose a typical resistive four-terminal circuit with a well-known classical transmission matrix. We find the relations of the elements of the classical transfer matrix. The coefficients thus determined ; ; ; a, we substitute in (10) and solve the resulting system of equations with respect to two selected parameters of the selected RF system. If in СРЧ-11 the number of two-terminal devices is more than two, then the resistances of the remaining two-terminal devices can be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations. In accordance with this algorithm, expressions are obtained for determining the optimal resistance of the first and third two-terminal RPS in terms of criterion (10) in the form of a T-shaped link (Fig. 3):
где . Значение сопротивления r2 может быть выбрано произвольно (но не равное нулю или бесконечности) или исходя из условия физической реализуемости, например, для обеспечения положительности подкоренного выражения в (11).Where . The resistance value r 2 can be chosen arbitrarily (but not equal to zero or infinity) or based on the condition of physical realizability, for example, to ensure the positivity of the radical expression in (11).
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (использование в качестве цепи внешней обратной связи произвольного четырехполюсника, подключенного к трехполюсному нелинейному элементу по последовательно-параллельной схеме, включение трехполюсного нелинейного элемента и цепи обратной связи как единого узла между источником сигнала и входом резистивного четырехполюсника, включение высокочастотной нагрузки между выходом резистивного четырехполюсника и низкочастотной частью, выполненной из ФНЧ, разделительной емкости и низкочастотной нагрузки (фиг. 2), выполнение согласующего резистивного четырехполюсника в виде T-образного соединения трех двухполюсников, выбор значений сопротивлений первого и третьего резистивных двухполюсников r1 и r3 (фиг. 3)) обеспечивает одновременно усиление, преобразование ЧМС в АЧМС на левом склоне АЧХ, демодуляцию АЧМС, что эквивалентно частотной демодуляции.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations (using an arbitrary four-terminal device connected to a three-pole nonlinear element in a parallel-parallel circuit as the external feedback circuit, including a three-pole nonlinear feedback element and circuit as a single node between the signal source and the input of the resistive quadripole , Inclusion of high load between the output of the resistive quadripole and the low-frequency part made of a low-pass filter, the separation capacity and low-frequency loads (FIG. 2), performing the matching of the resistive quadripole a T-shaped connection of three two-terminal networks, the selection of the resistance values of the first and third resistive two-terminal r 1 and r 3 (Fig. 3)) simultaneously provides amplification, conversion of the HMS to AFM on the left slope of the frequency response, demodulation of the AMF, which is equivalent to frequency demodulation.
Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью трехполюсные нелинейные элементы (транзисторы или лампы), резистивные элементы, сформированные в T-образную схему резистивного четырехполюсника (фиг. 3). Значения сопротивлений резистивных элементов могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since for their implementation three-pole non-linear elements (transistors or lamps) commercially available by the industry, resistive elements formed into a T-shaped circuit of a resistive four-terminal can be used (Fig. 3). The resistance values of the resistive elements can be uniquely determined using mathematical expressions given in the claims.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в обеспечении усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала за счет выбора схемы и значений сопротивлений резистивных элементов согласующего резистивного четырехполюсника по критерию формирования левого склона АЧХ с заданными крутизной и коэффициентом усиления, что унифицирует устройство, увеличивает квазилинейный участок частотной демодуляционной характеристики и динамический диапазон в режиме усиления и частотной демодуляции.The technical and economic efficiency of the proposed device is to provide amplification and frequency demodulation of a high-frequency signal by selecting the circuit and the resistance values of the resistive elements of the matching resistive four-terminal device according to the criterion for the formation of the left slope of the frequency response with the specified slope and gain, which unifies the device, increases the quasilinear portion of the frequency demodulation characteristic and dynamic range in gain mode and frequency demodulation.
Claims (2)
где
- отношения соответствующих элементов классической матрицы передачи резистивного четырехполюсника a, b, c, d; r0, rн, x0, xн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; r11, x11, r12, x12, r21, х21, r22, х22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы Η цепи внешней обратной связи на резонансной частоте.1. The method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals, based on the use of energy from a constant voltage source, the interaction of the frequency-modulated signal with a device that is performed from a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, four-terminal, external feedback circuit, low-pass filter, separation capacitance and low-frequency load, meeting the conditions for matching the forward circuit with the external feedback circuit, matching conditions for the external feedback circuit connection with the control electrode of a three-pole nonlinear element, matching conditions for the direct transmission circuit and the external feedback circuit with the rest of the device with a given tolerance, converting the frequency-modulated signal into an amplitude-frequency-modulated signal on the left slope of the amplitude-frequency characteristic, splitting the spectrum of amplitude- frequency-modulated signal to low-frequency and high-frequency components using a three-pole nonlinear element, the selection of the low-frequency component with using a low-pass filter, eliminating the DC component using a separation capacitance, and obtaining a low-frequency signal at a low-frequency load, the amplitude of which changes according to the law of frequency change of the frequency-modulated signal, characterized in that the four-terminal is made resistive, an arbitrary complex four-terminal is used as the external feedback circuit connected to a three-pole non-linear element in series-parallel circuit, a three-pole non-linear element and nb feedback as a single node in cascade inserted between the source of the frequency-modulated signal with a complex impedance and the input resistive quadripole, between the output of the resistive quadripole and lowpass filter includes high-frequency load in the form of two-terminal network with a complex impedance value of the modulus m p of the transfer function and a resonance frequency of the device choose from the conditions for the formation of a given slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the device and in a predetermined frequency band coinciding with the frequency range of the frequency modulated signal matching conditions for the criterion simultaneously provide gain and frequency demodulation is accomplished by implementing a predetermined value m p at a resonant frequency by selecting the parameter values of the resistance of quadripole according to the following mathematical expressions:
Where
- the ratio of the corresponding elements of the classical transmission matrix of the resistive quadrupole a, b, c, d; r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; r 11 , x 11 , r 12 , x 12 , r 21 , x 21 , r 22 , x 22 are the given total values of the real and imaginary components of the elements of the mixed matrix H of the three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the elements of mixed matrix Η external feedback circuit at a resonant frequency.
где
r0, rн, х0, хн - заданные значения действительных и мнимых составляющих сопротивлений источника входного частотно-модулированного сигнала и высокочастотной нагрузки на резонансной частоте; r11, x11, r12, х12, r21, х21, r22, х22 - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента на резонансной частоте и соответствующих значений действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы H цепи внешней обратной связи на резонансной частоте; значение резонансной частоты и величина заданного и реализуемого модуля mp передаточной функции на резонансной частоте выбраны из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот, совпадающей с диапазоном изменения частоты входного частотно-модулированного сигнала; r2 - заданное значение сопротивления второго двухполюсника резистивного четырехполюсника. 2. A device for amplifying and demodulating frequency-modulated signals made from a constant voltage source, a direct transmission circuit in the form of a three-pole nonlinear element, a four-terminal, external feedback circuit, a low-pass filter, a separation capacitance, and a low-frequency load, characterized in that the four-terminal is made resistive , as an external feedback circuit, an arbitrary complex four-terminal network connected to a three-pole nonlinear element in series-parallel is used the circuit, a three-pole nonlinear element and a feedback circuit as a single node are cascaded between the source of the frequency-modulated signal with complex resistance and the input of the resistive four-terminal, between the output of the resistive four-terminal and the low-pass filter, a high-frequency load in the form of a two-terminal with complex resistance is turned on, the resistive four-terminal in the form of a T-shaped connection of three resistive two-terminal devices with resistances r 1 , r 2 , r 3 , resistance values r 1 , r 3 select The conditions for matching according to the criterion of simultaneously providing gain and frequency demodulation in accordance with the following mathematical expressions:
Where
r 0 , r n , x 0 , x n - set values of the real and imaginary components of the resistance of the source of the input frequency-modulated signal and high-frequency load at the resonant frequency; r 11 , x 11 , r 12 , x 12 , r 21 , x 21 , r 22 , x 22 are the given total values of the real and imaginary components of the elements of the mixed matrix H of a three-pole nonlinear element at the resonant frequency and the corresponding values of the real and imaginary components of the elements of mixed matrix H of the external feedback circuit at the resonant frequency; the value of the resonant frequency and the value of the given and implemented module m p of the transfer function at the resonant frequency are selected from the condition for the formation of the specified slope of the quasilinear portion of the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the device in a given frequency band that matches the frequency range of the input frequency-modulated signal; r 2 - the set value of the resistance of the second two-terminal resistive four-terminal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014142472/08A RU2591014C2 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | Amplification and demodulation of fm signals and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014142472/08A RU2591014C2 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | Amplification and demodulation of fm signals and device to this end |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014142472A RU2014142472A (en) | 2016-05-10 |
RU2591014C2 true RU2591014C2 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=55959675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014142472/08A RU2591014C2 (en) | 2014-10-21 | 2014-10-21 | Amplification and demodulation of fm signals and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2591014C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4768222A (en) * | 1984-11-22 | 1988-08-30 | Rene Kalfon | Control and surveillance system for prepayment public telephone apparatus |
US5521556A (en) * | 1995-01-27 | 1996-05-28 | American Microsystems, Inc. | Frequency converter utilizing a feedback control loop |
RU2462811C2 (en) * | 2010-05-11 | 2012-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | High-frequency signal generation method, and device for its implementation |
RU2463689C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method |
RU2488949C2 (en) * | 2011-10-13 | 2013-07-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of demodulating and filtering phase-modulated signals and apparatus for realising said method |
RU2488948C2 (en) * | 2011-10-13 | 2013-07-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for amplitude modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method |
-
2014
- 2014-10-21 RU RU2014142472/08A patent/RU2591014C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4768222A (en) * | 1984-11-22 | 1988-08-30 | Rene Kalfon | Control and surveillance system for prepayment public telephone apparatus |
US5521556A (en) * | 1995-01-27 | 1996-05-28 | American Microsystems, Inc. | Frequency converter utilizing a feedback control loop |
RU2462811C2 (en) * | 2010-05-11 | 2012-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | High-frequency signal generation method, and device for its implementation |
RU2463689C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method |
RU2488949C2 (en) * | 2011-10-13 | 2013-07-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of demodulating and filtering phase-modulated signals and apparatus for realising said method |
RU2488948C2 (en) * | 2011-10-13 | 2013-07-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for amplitude modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014142472A (en) | 2016-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2496222C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
US8901973B2 (en) | Multi-band frequency multiplier | |
RU2486639C1 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2496192C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2483435C2 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2599531C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2591014C2 (en) | Amplification and demodulation of fm signals and device to this end | |
RU2552175C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and apparatus therefor | |
RU2463689C1 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2599964C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2599965C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2568387C1 (en) | Method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals and device for its implementation | |
RU2577913C2 (en) | Method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals and device for its implementation | |
RU2568389C1 (en) | Method of amplification and demodulation of frequency-modulated signals and device for its implementation | |
RU2598797C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2599347C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2595571C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2500066C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2598792C1 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2605675C2 (en) | Method of amplifying and demodulating frequency-modulated signals and device therefor | |
RU2568375C1 (en) | Method for generation and frequency modulation of high-frequency signals and apparatus therefor | |
RU2483436C2 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2483429C2 (en) | Method for frequency modulation and demodulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2504898C1 (en) | Method of demodulating phase-modulated and frequency-modulated signals and apparatus for realising said method | |
RU2461952C1 (en) | Method for generating high-frequency signals and device for its realisation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161022 |