устройства демодуляции амплитудно-модулированных радиочастотных сигналов

Формула изобретения

1. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов, состоящее из каскадно-соединенных четырехполюсника, двухполюсного нелинейного элемента, фильтра нижних частот, последовательно включенной разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, отличающееся тем, что нелинейный элемент включен между четырехполюсником и высокочастотной нагрузкой в поперечную цепь, к высокочастотной нагрузке подключен фильтр нижних частот, четырехполюсник выполнен из числа резистивных двухполюсников, не меньшего двух, значения параметров которых выбраны из условия обеспечения требуемого значения глубины амплитудной модуляции принятого амплитудно-модулированного сигнала путем использования следующих математических выражений:

m₂₁, m _вх, m - отношения модулей коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора, входного сигнала и сигнала на высокочастотной нагрузке в двух состояниях входного сигнала, характеризуемых двумя крайними значениями амплитуды амплитудно-модулированного сигнала; М₂₁, М_вх , М - глубина модуляции коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора, входного сигнала и сигнала на высокочастотной нагрузке; y_1,2=g_1,2 +jb_1,2 - заданные значения проводимостей управляемого двухполюсного элемента в двух состояниях (1 и 2), определяемых двумя крайними значениями амплитуды амплитудно-модулированного сигнала; z_н=r_н+jx _н, z_о=r_о+jx _о - заданные комплексные сопротивления нагрузки и источника сигнала.

2. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде симметричного перекрытого Т-образного соединения четырех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁, r₂, r ₃, r₄ двухполюсников, составляющих симметричное перекрытое Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

3. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде Г-образного соединения двух резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁, r ₂ двухполюсников, составляющих Г-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

4. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде -образного соединения двух резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁, r ₂ двухполюсников, составляющих -образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

5. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде симметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃=r ₁ двухполюсников, составляющих симметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

6. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃ двухполюсников, составляющих несимметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

7. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃ двухполюсников, составляющих несимметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

8. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃ двухполюсников, составляющих несимметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

9. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде мостовой схемы соединения четырех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃=r ₁, r₄=r₂ двухполюсников, составляющих мостовое соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

10. Устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1, отличающееся тем, что резистивный четырехполюсник выполнен в виде симметричного П-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃=r ₁ двухполюсников, составляющих П-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для демодуляции амплитудно-манипулированных и амплитудно-модулированных сигналов.

Все известные устройства демодуляции амплитудно-модулированных сигналов (АМС) состоят из выполнения следующих операций. От источника АМС подают на нелинейный элемент, с его помощью разрушают спектр АМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие. С помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) выделяют низкочастотные составляющие колебания, амплитуда которых изменяется по закону изменения огибающей АМС. С помощью разделительной емкости, включенной в продольную цепь, устраняют постоянную составляющую и низкочастотную переменную составляющую подают на нагрузку.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство демодуляции амплитудно-модулированных сигналов, в котором амплитудно-модулированный сигнал подают на демодулятор из параллельно или последовательно включенного полупроводникового диода к фильтру низких частот [Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988, стр.286-292]. Принцип действия устройства состоит в том, что с помощью нелинейного элемента (диода) разрушается спектр амплитудно-модулированного сигнала (АМС) на высокочастотные и низкочастотные составляющие. Последние выделяются с помощью фильтра нижних частот и поступают в нагрузку. При необходимости между источником модулированных сигналов и нелинейным элементом или между нелинейным элементом и нагрузкой включают реактивный или резистивный четырехполюсник для согласования и дополнительной селекции сигнала и помехи. В результате на выходе устройства имеем низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения огибающей входного высокочастотного амплитудно-модулированного колебания. Недостаток способа и устройства его реализации состоит в том, что при прохождении АМС через указанную цепь глубина модуляции уменьшается, причем чем уже полоса пропускания контура, т.е. чем лучше помехоустойчивость, тем глубина модуляции уменьшается на большую величину.

Указанный недостаток связан с тем, что в традиционной теории радиотехнических цепей указанный выше четырехполюсник не оптимизируется по критерию обеспечения заданной глубины амплитудной модуляции принятого АМС. Не оптимизируется также место включения нелинейного элемента. Это связано с тем, что в традиционной теории нелинейный элемент считается безынерционным, т.е. не имеющим внутренних емкостей и индуктивностей.

Техническим результатом изобретения является обеспечение заданной глубины амплитудной модуляции принятого амплитудно-модулированного сигнала, что повышает помехоустойчивость. Возможность выбора места включения нелинейного элемента обеспечивает повышение возможности физической реализуемости и увеличения рабочей полосы частот.

1. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов, состоящем из каскадно-соединенных четырехполюсника, двухполюсного нелинейного элемента, фильтра нижних частот, последовательно включенной разделительной емкости и низкочастотной нагрузки, дополнительно нелинейный элемент включен между четырехполюсником и высокочастотной нагрузкой в поперечную цепь, к высокочастотной нагрузке подключен фильтр нижних частот, четырехполюсник выполнен из числа резистивных двухполюсников, не меньшего двух, значения параметров которых выбраны из условия обеспечения требуемого значения глубины амплитудной модуляции принятого амплитудно-модулированного сигнала путем использования следующих математических выражений:

=- (D_o+r_o)+Е _o; =-F_o +D_o-r_o,

где ; ; ; a, b, c, d - элементы классической матрицей передачи четырехполюсника;

m=m₂₁m _вх; при m₂₁>1 или при m₂₁<1;

при m_вх>1 или при m_вх<1;

, при m>1 или , при m<1;

; 1<m<m_гр или m _гр<m<1;

m₂₁, m _вх, m - отношения модулей коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора, входного сигнала и сигнала на высокочастотной нагрузке в двух состояниях входного сигнала, характеризуемых двумя крайними значениями амплитуды амплитудно-модулированного сигнала; М₂₁, М_вх , М - глубина модуляции коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора, входного сигнала и сигнала на высокочастотной нагрузке; y_1,2=g_1,2 +jb_1,2 - заданные значения проводимостей управляемого двухполюсного элемента в двух состояниях (1 и 2), определяемых двумя крайними значениями амплитуды амплитудно-модулированного сигнала; z_н=r_н+jx _н, z_о=r_о+jx _о - заданные комплексные сопротивления нагрузки и источника сигнала.

2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде симметричного перекрытого Т-образного соединения четырех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁, r ₂, r₃=r₁, r ₄=r₂ двухполюсников, составляющих перекрытое Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

; ,

где ; D_o, E_o , F_o, r₀, x ₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1.

3. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде Г-образного соединения двух резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂ двухполюсников, составляющих Г-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

; ;

где ; D_o, E_o, r _н, x_н и остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в п.1.

4. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде -образного соединения двух резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁, r ₂ двухполюсников, составляющих -образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

r₁=Q-r _o; ,

где , D_o, Е_о, F _o, r₀, x₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1.

5. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде симметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁ , r₂, r₃=r ₁ двухполюсников, составляющих симметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

; ;

где ; D_o, E_o , F_o, r₀, x ₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1.

6. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r ₁, r₂, r₃ двухполюсников, составляющих несимметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

r ₁=Q-r_o; ,

где ; D_o, Е_о, F _o, r₀, х₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1; значение сопротивления r₃ выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивления r ₁, r₂.

7. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r₁, r₂ , r₃ двухполюсников, составляющих несимметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

r₁=Q-r _o-r₂; ,

где ; D_o, Е_о, r ₀, х₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1; значение сопротивления r ₂ выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивления r₁, r₃ .

8. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r ₁, r₂, r₃ двухполюсников, составляющих несимметричное Т-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

;

где ; D_o, E_o, r ₀, x₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1; значение сопротивления r ₁ выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивления r₂, r₃ .

9. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде мостовой схемы соединения четырех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r ₁, r₂, r₃=r ₁, r₄=r₂ двухполюсников, составляющих мостовое соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

; ,

где ; D_o, E_o , F_o, r₀, x ₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1.

10. Указанный результат достигается тем, что в устройстве демодуляции амплитудно-модулированных сигналов по п.1 резистивный четырехполюсник выполнен в виде симметричного П-образного соединения трех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r ₁, r₂, r₃=r ₁ двухполюсников, составляющих симметричное П-образное соединение, выбраны с помощью следующих математических выражений:

; ,

где ; D_o, E_o , F_o, r₀, x ₀ и остальные обозначения имеют такой же смысл, как и в п.1.

На фиг.1 показана схема устройства демодуляции амплитуды радиочастотных сигналов (прототип).

На фиг.2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п.2.

На фиг.3 приведена схема четырехполюсника по п.3, входящая в предлагаемое устройство.

На фиг.4 приведена схема четырехполюсника по п.4, входящая в предлагаемое устройство.

На фиг.5 приведена схема четырехполюсника по п.5, входящая в предлагаемое устройство.

На фиг.6 приведена схема четырехполюсника по п.6, входящая в предлагаемое устройство.

На фиг.7 приведена схема четырехполюсников по п.п.7-9, входящая в предлагаемое устройство.

На фиг.8 приведена схема четырехполюсника по п.10, входящая в предлагаемое устройство.

На фиг.9 приведена схема четырехполюсника по п.11, входящая в предлагаемое устройство.

Устройство-прототип содержит источник 1 амплитудно-модулированных сигналов, четырехполюсник 2, нелинейный элемент 3, фильтр нижних частот 4 на элементах R, C, разделительную емкость 5 на элементе С_р и низкочастотную нагрузку 6 на элементах R_н, С_н.

Принцип действия устройства демодуляции амплитудно-модулированных сигналов (прототипа) состоит в следующем.

Амплитудно-модулированный сигнал от источника 1 подают на демодулятор из последовательно включенного полупроводникового диода к ФНЧ. Принцип действия устройства состоит в том, что с помощью нелинейного элемента 3 разрушается спектр АМС на высокочастотные и низкочастотные составляющие. Последние выделяются с помощью ФНЧ 4 и поступают в низкочастотную нагрузку 6. Между источником модулированных сигналов и нелинейным элементом включен реактивный четырехполюсник 2 для согласования и селекции сигнала и помехи. Разделительная емкость 5 устраняет постоянную составляющую. В результате на выходе устройства имеем низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения огибающей входного высокочастотного амплитудно-модулированного колебания.

Недостаток устройства демодуляции состоит в том, что при прохождении АМС через указанную цепь глубина модуляции уменьшается, причем чем уже полоса пропускания контура, т.е. чем лучше помехоустойчивость, тем глубина модуляции уменьшается на большую величину.

Высокочастотная часть структурной схемы обобщенного предлагаемого устройства по п.1 (фиг.2) состоит из каскадно-соединенных источника сигнала 1, резистивного четырехполюсника 2, двухполюсного нелинейного элемента 3, включенного между четырехполюсником и высокочастотной нагрузкой в поперечную цепь (параллельно), и высокочастотной нагрузки 7. Низкочастотная часть структурной схемы содержит ФНЧ 4, разделительную емкость 5 и низкочастотную нагрузку 6.

Принцип действия данного устройства состоит в том, что при подаче АМС от источника 1 с сопротивлением z₀ в результате специального выбора значений параметров классической матрицы передачи четырехполюсника 2 из условий обеспечения заданной глубины амплитудной модуляции АМС после прохождения его через высокочастотную часть достигается минимум искажений входного сигнала. В дальнейшем спектр АМС разрушается при помощи нелинейного элемента 3, ФНЧ 4 выделяет низкочастотную составляющую, постоянная составляющая устраняется с помощью разделительной емкости 5. В результате низкочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону огибающей АМС, выделяется на низкочастотной нагрузке 6. При непрерывном изменении амплитуды амплитудно-модулированного сигнала будет реализована демодуляция входного сигнала.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.2 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.3) выполнен из четырех двухполюсников 8, 9, 10, 11 с резистивными сопротивлениями r₁, r₂ , r₃=r₁, r ₄, соединенных между собой по симметричной перекрытой Т схеме. Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1. Сопротивления r₁ , r₄, определяются аналитически по найденным математическим выражениям однозначно. При этом значения этих сопротивлений функциональным образом зависят от произвольно выбираемого значения сопротивления r₂ или выбираемых исходя из каких-либо других физических соображений. В предлагаемом изобретении значения этих сопротивлений выбирается из условий обеспечения физически реализуемых значений r₁ , r₄, а также из условий достижения заданной полосы частот. Значения сопротивлений r₁ , r₄, двухполюсников 8, 11, кроме того, зависят от оптимальных значений элементов матрицы передачи 4-х полюсника и заданных комплексных сопротивлений источника сигнала и нагрузки.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.3 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.4) выполнен в виде Г-образного соединения двух двухполюсников. Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.4 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.5) выполнен в виде -образного соединения двух двухполюсников. Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.5 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.6) выполнен в виде симметричного Т-образного соединения трех двухполюсников. Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.6 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.7) выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех двухполюсников. При этом в явном виде определяются с помощью математических выражений оптимальные значения сопротивлений r₁, r₂. Значение сопротивления r₃ выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивлений r ₁, r₂ (из условия обеспечения их неотрицательными). Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.7 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.7) выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех двухполюсников. При этом в явном виде определяются с помощью математических выражений оптимальные значения сопротивлений r₁, r ₃. Значение сопротивления r₂ выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивлений r₁, r₃ (из условия обеспечения их неотрицательными). Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.8 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.7) выполнен в виде несимметричного Т-образного соединения трех двухполюсников. При этом в явном виде определяются с помощью математических выражений оптимальные значения сопротивлений r₂, r₃. Значение сопротивления r ₁ выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивлений r₂, r₃ (из условия обеспечения их неотрицательными). Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.9 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.8) выполнен в виде мостовой схемы соединения четырех двухполюсников. При этом в явном виде определяются с помощью математических выражений оптимальные значения сопротивлений r₃=r ₁, r₄=r₂. Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Предлагаемое устройство демодуляции АМС по п.10 отличается от устройства по п.1 тем, что резистивный четырехполюсник (фиг.9) выполнен в виде симметричной схемы П-образного соединения трех двухполюсников. При этом в явном виде определяются с помощью математических выражений оптимальные значения сопротивлений r ₁, r₂, r₃=r ₁, Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.1.

Анализ условий физической реализуемости указанных девяти вариантов выполнения резистивного четырехполюсника (фиг.3-фиг.9) предлагаемого устройства (фиг.2) показывает, что из этого количества вариантов при произвольных заданных сопротивлениях источника сигнала и нагрузки всегда найдется такой вариант, что значения резистивных сопротивлений этого четырехполюсника, рассчитанные по выше приведенным формулам, будут положительными, то есть физически реализуемыми. Наоборот, для каждого отдельно взятого варианта всегда найдутся такие значения сопротивлений источников сигнала и нагрузки, что значения резистивных сопротивлений четырехполюсников, рассчитанные по выше приведенным формулам, окажутся физически реализуемыми.

Докажем возможность реализации указанных свойств.

Пусть на вход демодулятора воздействует амплитудно-модулированное колебание U_AM(t)=U_н [1+m_acos( t)]cos( _нt+ _o), где U_н, _н - амплитуда и частота несущего высокочастотного колебания; m_а - глубина амплитудной модуляции; _о - начальная фаза; - частота первичного информационного низкочастотного сигнала. Входной модулированный высокочастотный сигнал S _вх и преобразованный с помощью демодулятора высокочастотный сигнал (до фильтра нижних частот) S_вых связаны между собой следующим образом: S_вых =S₂₁S_вх, где под входным и выходным сигналом подразумевается входное и выходное напряжения; S₂₁ - коэффициент передачи.

Рассмотрим амплитудно-модулированные колебания в двух состояниях, характеризуемых крайними значениями диапазона изменения амплитуды.

Запишем указанные физические величины в двух состояниях в комплексной форме ; ; . Таким образом на выходе высокочастотной части демодулятора модули коэффициента передачи и входного сигнала перемножаются, а их фазы складываются. Выходные напряжения в двух состояниях связаны между собой следующим образом:

где ; - отношения модулей коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора и входного сигнала в двух состояниях входного сигнала; ; - разности фаз коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора и входного сигнала в двух состояниях входного сигнала. Фаза входного АМС постоянна, поэтому разность фаз _вх=0. Для уменьшения искажений необходимо положить ₂₁=0.

Введем обозначения: m=m ₂₁m_вх. Отношения модулей коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора и входного сигнала, а также отношения модулей коэффициента передачи высокочастотной части демодулятора и сигнала на высокочастотной нагрузке связаны с глубиной амплитудной модуляции следующим образом:

при m₂₁>1 или при m₂₁<1;

при m_вх>1 или при m_вх<1;

при m>1 или при m<1.

Пусть комплексные сопротивления нагрузки z_н=r_н+jx _н, источника сигнала z_o=r _o+jx_o, а также проводимости двухполюсного нелинейного элемента y_1,2=g _1,2+jb_1,2 в двух состояниях, определяемых крайними значениями входного АМС, известны, то есть известна его классическая матрица передачи:

Резистивный четырехполюсник описывается матрицей передачи:

где ; ; где а, b, с, d - элементы классической матрицы передачи [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1965. 40 с].

Эквивалентная схема демодулятора представляется в виде 4-х каскадно-соединенных четырехполюсников (фиг.2). Нелинейный элемент включен между резистивным четырехполюсником и высокочастотной нагрузкой в поперечную цепь.

Общая нормированная классическая матрица передачи демодулятора имеет вид:

Используя известную связь элементов матрицы рассеяния [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1965. 40 с], получим выражение для коэффициента передачи демодулятора в двух состояниях диода:

Подставим (5) в (1) и после несложных, но громоздких преобразований и разделения комплексного уравнения на действительную и мнимую части получим систему двух алгебраических уравнений:

где ; .

Решение системы (6) имеет вид двух взаимосвязей между элементами искомой матрицы передачи, оптимальных по критерию обеспечения заданного закона изменения (1) на фиксированной частоте:

где

Поскольку D²-FE=-x ₀ ², то границей области физической реализуемости является область изменения m, которая удовлетворяет условию равенства нулю знаменателя в выражениях для F, Е, D.

Решение уравнения, вытекающего из этого равенства, дает выражение для граничного значения произведения отношений модулей коэффициентов передачи в двух состояниях управляемого элемента, определяемых двумя состояниями входного сигнала, и модулей входного сигнала:

Выражение (8) имеет физический смысл, если m _гр>0, т.е. числитель и знаменатель должны быть одного знака.

Полученная система двух взаимосвязей (7) между элементами матрицы передачи резистивного четырехполюсника означает, что высокочастотная часть демодулятора амплитуды входного сигнала должна содержать не менее чем два независимых резистивных элемента, значения параметров которых должны удовлетворять системе двух уравнений, сформированных на основе этих взаимосвязей. Для отыскания оптимальных значений параметров резистивного четырехполюсника необходимо выбрать какую-либо схему из М 2 элементов, найти ее матрицу передачи, элементы которой выражены через параметры схемы резистивного четырехполюсника, и подставить их в (8). Сформированная таким образом система уравнений должна быть решена относительно выбранных двух параметров. Значения остальных М-2 параметров могут быть отнесены к сопротивлению z_o или заданы произвольно. После использования описанного алгоритма будет реализована операция обеспечения заданной глубины модуляции принятого АМС при любой его начальной глубине модуляции. В результате в низкочастотной нагрузке, подключенной к ФНЧ, будет выделен низкочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону изменения амплитуды первичного информационного сигнала.

На основе использования описанного алгоритма для резистивного четырехполюсника в виде перечисленных выше схем соединения резистивных двухполюсников (фиг.3-9) для демодулятора получены математические выражения для определения значений сопротивлений двухполюсников. Здесь же приведена матрица передачи соответствующего четырехполюсника.

Для симметричной перекрытой Т-схемы:

;

; ,

где

Для Г-образного соединения двух двухполюсников:

Для -образного соединения двух двухполюсников:

Для симметричного Т-образного соединения трех двухполюсников:

где .

Для 3-х вариантов несимметричного Т-образного соединения трех двухполюсников:

;

;

.

Для мостовой схемы:

где .

Для симметричного П-образного соединения трех двухполюсников:

где .

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (формирование резистивного четырехполюсника соединенными между собой двухполюсниками по симметричной перекрытой Т-схеме (Г-образной схеме, -образной схеме, симметричной Т-образной схеме, несимметричной Т-образной схеме с тремя вариантами решения задачи параметрического синтеза, симметричной П-образной схеме и мостовой схеме) с выбором значений параметров резистивных элементов двухполюсников из условия обеспечения демодуляции входного АМС со скорректированной глубиной амплитудной модуляции при использовании нелинейного элемента, включенного между резистивным четырехполюсником и высокочастотной нагрузкой в поперечную цепь (параллельно), к выходу которого подключены фильтр нижних частот, разделительная емкость и низкочастотная нагрузка.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью полупроводниковые диоды и резисторы, сформированные в заявленные схемы резистивного четырехполюсника в виде перечисленных схем соединения двухполюсников. Значения параметров резисторов однозначно могут быть определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.

Технико-экономическая эффективность предложенных устройств заключается в обеспечении заданной глубины амплитудной модуляции принятого амплитудно-модулированного сигнала, что повышает помехоустойчивость, и возможности выбора места включения нелинейного элемента для повышения физической реализуемости и увеличения рабочей полосы частот.