Амплитудный модулятор

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике. Достигаемый технический результат - повышение стабильности коэффициента амплитудной модуляции. Амплитудный модулятор содержит сумматор, перемножитель, пиковый детектор, усилитель постоянного тока, источник сигнала несущей частоты и источник модулирующего сигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике.

Амплитудная модуляция является наиболее простым и очень распространенным в радиотехнике способом заложения информации в высокочастотное колебание. При амплитудной модуляции огибающая амплитуды несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом изменения передаваемого сообщения, частота же и начальная фаза колебания поддерживаются неизменными.

При тональной модуляции, когда модулирующая функция является гармоническим колебанием, мгновенное значение модулированного колебания можно записать в форме (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986, стр.74, 75):

где А₀ - амплитуда несущего колебания;

М - коэффициент модуляции;

Ω - частота модулирующего сигнала;

t - текущее время;

γ - начальная фаза огибающей;

ω₀ - частота несущего радиосигнала;

θ₀ - начальная фаза несущего радиосигнала.

Коэффициент модуляции определяется по формуле:

где ΔA_m - амплитуда изменения огибающей;

А₀ - амплитуда несущего колебания;

где k_ам - коэффициент пропорциональности;

S₀ - амплитуда модулирующего сигнала.

Тогда

Как видно из формулы (4), при формировании амплитудно-модулированного радиосигнала с определенно заданным постоянным коэффициентом амплитудной модуляции нестабильность данного коэффициента определяется нестабильностью амплитуд модулирующего и несущего сигналов.

Формирование амплитудно-модулированного радиосигнала осуществляется различными способами. В настоящее время для получения такого сигнала широко используют аналоговые умножители (перемножители) (см. Пецулев С.К. Электронные аналоговые умножители и их применение в радиотехнике. Зарубежная радиоэлектроника, 1982, №5, с.19, 20), так как амплитудный модулятор, выполненный на таком перемножителе, имеет коэффициент усиления выше единицы и может работать при небольших входных напряжениях.

Известно несколько типов формирователей амплитудно-модулированных радиосигналов, использующих в своем составе перемножитель.

Так, например, известен формирователь амплитудно-модулированных радиосигналов (см. Генератор высокочастотный Г4-158. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.260.018 ТО, с.20, 27...30, 41...42, рис.4,9; Техническое описание Схемы электрические принципиальные 3.260.018 ТО1, рис.1, 2, 6, 11), содержащий ступенчатый аттенюатор, первый вход которого соединен с источником модулирующего напряжения, а второй - со счетчиками набора коэффициента амплитудной модуляции платы дешифратора выхода; модулятор, первый вход которого соединен с выходом ступенчатого аттенюатора, а второй - с источником напряжения сигнала несущей частоты. Модулятор, выполненный в виде микросборки У1 (3.430.000), представляет собой аналоговый перемножитель входных сигналов. Модулирующий сигнал, поступающий на ступенчатый аттенюатор, представляющий собой цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), ослабляется до требуемого уровня по кодам, и коэффициент амплитудной модуляции в данном случае, как и в формуле (4), равен отношению амплитуд модулирующего и несущего сигналов.

Недостатком указанного формирователя амплитудно-модулированных радиосигналов является недостаточная температурная стабильность установленного постоянного коэффициента амплитудной модуляции. Так в диапазоне температур от минус 10°С до +50°С изменение коэффициента амплитудной модуляции составляет от ±7,5% до 12,5% согласно с.10, п.п.2.4.4, 2.4.5 технического описания.

Известен амплитудный модулятор, описанный в книге: Кофлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы. - М.: Мир, 1979, с.216, с.217, рис.11.10, содержащий сумматор, первый вход которого соединен с источником модулирующего сигнала, а второй - с источником постоянного напряжения, равного амплитудному значению напряжения сигнала несущей частоты, перемножитель, первый вход которого соединен с выходом сумматора, а второй - с источником напряжения сигнала несущей частоты. Коэффициент амплитудной модуляции М в данном случае определяется как

где Е_{мод.пик} - амплитуда модулирующего сигнала;

Е_{нес.пик} - амплитуда сигнала несущей частоты.

Недостатком этого амплитудного модулятора, наиболее близкого к предлагаемому, является недостаточная временная и температурная стабильность коэффициента амплитудной модуляции. При какой-то определенно выбранной величине коэффициента его нестабильность определяется суммой временной и температурной нестабильностей напряжения сигнала несущей частоты, а также напряжения модулирующего сигнала и постоянного напряжения, подаваемых на вход сумматора. По данным макетирования вышеуказанного амплитудного модулятора нестабильность коэффициента амплитудной модуляции при изменении температуры окружающей среды от минус 10°С до +50°С находится в диапазоне от ±7,7% до ±10,8%.

Для повышения временной и температурной стабильности постоянного коэффициента амплитудной модуляции в амплитудный модулятор, содержащий сумматор, первый вход которого соединен с источником модулирующего сигнала, перемножитель, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй - с источником сигнала несущей частоты, а выход перемножителя является выходом устройства, введены пиковый детектор, вход которого соединен с источником модулирующего сигнала, усилитель постоянного тока с коэффициентом передачи, равным величине обратной коэффициенту амплитудной модуляции, вход которого соединен с выходом пикового детектора, а выход - со вторым входом сумматора.

Техническая сущность заключается в том, что у заявляемого устройства коэффициент амплитудной модуляции не зависит от отношения амплитуд модулирующего и несущего сигналов, а определяется лишь точностью установки коэффициента усиления УПТ.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого амплитудного модулятора, где:

1 - сумматор;

2 - перемножитель;

3 - пиковый детектор;

4 - УПТ (усилитель постоянного тока).

Амплитудный модулятор содержит сумматор 1, перемножитель 2, пиковый детектор 3 и усилитель постоянного тока 4.

Сумматор 1 и пиковый детектор 3 могут быть выполнены в виде известных схем на УПТ. УПТ 4 может входить в состав пикового детектора 3. Перемножитель 2 может быть выполнен, например, на микросхеме перемножителя 525ПС2А.

Устройство работает следующим образом.

На первый вход сумматора 1 и на вход пикового детектора 3 поступает входное напряжение от источника модулирующего сигнала:

где U_м - амплитуда модулирующего сигнала;

Ω_м - круговая частота сигнала;

t - текущее время (считаем начальную фазу модулирующего сигнала равной нулю).

На выходе пикового детектора 3 имеем постоянное напряжение:

где К_Д - постоянный коэффициент, равный коэффициенту передачи пикового детектора.

Далее постоянное напряжение усиливается УПТ 4 и с его выхода U_УПТ поступает на 2-й вход сумматора.

где К_УПТ - постоянный коэффициент, равный коэффициенту передачи УПТ.

Сумматор 1 суммирует поступающие на его входы напряжения и на его выходе имеем напряжение

Напряжение U_∑ поступает на первый вход перемножителя 2, на второй вход которого поступает напряжение от источника сигнала несущей частоты:

где U_н - амплитуда сигнала несущей частоты;

ω_н - круговая частота данного сигнала;

t - текущее время (считаем начальную фазу сигнала равной нулю).

На выходе перемножителя 2 имеем выходное напряжение:

где К_П - коэффициент передачи перемножителя;

А=К_ПК_УПТU_м - постоянный коэффициент;

М - коэффициент амплитудой модуляции.

При К_Д=1 (для пикового детектора)

Выражение (11) полностью соответствует формуле (1) для мгновенного значения амплитудно-модулированного радиосигнала (при начальных фазах модулирующего и несущего сигналов равных нулю), а из выражения (12) видно, что коэффициент амплитудной модуляции М не зависит ни от напряжений модулирующего и несущего сигналов, ни от постоянного напряжения и при коэффициенте передачи пикового детектора, равном 1, определяется лишь обратной величиной коэффициента передачи УПТ. Точность, определяемая как временная и температурная стабильность коэффициента амплитудной модуляции, может составлять доли процента. Проведение испытания варианта предлагаемого устройства, имеющего постоянный коэффициент амплитудной модуляции, при изменениях температуры окружающей среды от минус 15°С до +55°С и условий эксплуатации, равносильных временным изменениям, показали стабильность коэффициента амплитудной модуляции менее ±3,5%.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное решение при температурных и временных изменениях позволяет существенно повысить стабильность коэффициента амплитудной модуляции, что более чем в 2 раза превосходит стабильность прототипа. При максимальном индексе модуляции М=100% предложенное решение позволяет предотвратить режим перемодуляции сигнала.

Амплитудный модулятор, содержащий сумматор, первый вход которого соединен с источником модулирующего сигнала, перемножитель, первый вход которого соединен с выходом сумматора, второй - с источником сигнала несущей частоты, а выход перемножителя является выходом устройства, отличающийся тем, что в него введены пиковый детектор, вход которого соединен с источником модулирующего сигнала, усилитель постоянного тока, вход которого соединен с выходом пикового детектора, а выход - с вторым входом сумматора.