202687. lajstromszámú szabadalom • Kis harmonikus tartalmú, lineáris amplitudó és fázismenetű kapcsoló üzemű modulátor áramkör
1 HU 202687 B 2 A találmány tárgya kis harmonikus tartalmú, lineáris amplitúdó és fázismenetű kapcsoló üzemű modulátor áramkör, mely digitális impulzusgenerátort, elektronikus kapcsoIó(ka)t és kimeneti szúrót tartalmaz. Különféle típusú amplitúdómodulált jelek létrehozására többféle módszer ismeretes. Alapvetően ezek két fő csoportra oszthatók. Az első csoportba az analóg eljárások tartoznak, melyeknél valamely alkalmasan megválasztott aktív vagy passzív nemliniáris elem adott elektródájára vagy elektródáira vezetik a moduláló jelet és a vivőfrekvenciás jelet. Ez az eljárás széles körben elterjedt, de jelentős hátránya, hogy a linearitása korlátozott és a szintstabilitása sem megfelelő szigorú előírások esetén. Ezen hátrányok abból következnek, hogy a modulátor tulajdonságait az alkalmazott nemlineáris elem jelleggörbéi jelentős mértékben befolyásolják, így azoknak a különféle környezeti hatások következtében előálló ingadozása a kimeneti jelet is megváltoztatja. A másik csoportba a kapcsoló üzemű modulátorok tartoznak, melyeknél a vivőfrekvenciás jel egy elektronikus kapcsolót vezérel, mely kapcsoló a moduláló jelet kapcsolja a kimenetre. Ennél az eljárásnál az elektronikus kapcsolóelem tulajdonságai lényegesen kevésbé befolyásolják a kimeneti jel tulajdonságait, mivel csak két állapotot vesz fel, vagy zárva, vagy nyitva van, és ezen állapotok igen nagy stabilitásúak. Ennek a modulátornak azonban az az igen nagy hátránya, hogy elvéből következően igen nagy szinten létrehozza a vivő harmonikusait, illetve azok oldalsávjait. Ezt a jelentős hátrányt küszöböli ki az úgynevezett „MIXED DIGITAL” módszer, melynek sztereo kódolt jel létrehozására alkalmas változata a Proceedings of the RF Technology Expo c. kiadvány 61-68 oldalán van ismertetve. Ez a módszer az elektronikus kapcsoló vezérlésére a 4. ábrán látható szimmetrikus digitális jelsorozatot használja, melynek alapfrekvenciája a vivőfrekvencia, és a jelváltásokhoz tartozó szögek úgy vannak megválasztva, hogy az alapfrekvencia harmonikusai csak a jelváltások számától függően egy bizonyos sorszám fölött jelennek meg. Ezen szögeket az alábbi m egyenletből álló m ismeretlenes egyenlettel lehet kiszámítani (A szimmetriából következően a páros sorszámú harmonikusok O értékűek) Ai«(4/lx7t)[2sin (4>i) - 2sin (<(>2) + 2sin -... + 2sin (<t>n,) + (-1)“] A3-(4/3x7t)[2sin (3<j>i) - 2sin (3<J>2) + 2sin (3<j>3)-... +2sin (3<j>m) - (-l)m] Am-(4/mxn)[2 sin (m<t>i) - 2sin (mfc) + 2sin (<J>3)-... +2 sin(m<j>m) - (-1) 3,”2+ ~ Az ilyen módon kiszámított m számú szög realizálása általában teljes pontossággal nem lehetséges, mivel az egyes jelváltások között eltelt idők mindegyike egész számú többszöröse kell legyen az órafrekvencia periódusidejének. Mivel többnyire nem is racionális számok adódnak, az egyenletrendszer megoldásaként, ez még matematikailag sem valósítható meg. Ezért engedményekre van szükség, azaz arra, hogy a harmonikus együtthatók értéke csak egy hibahatáron belül legyen a kívánt érték, esetünkben 0. Ehhez található egy minimális órafrekvenciát eredményező jelváltási szög sorozat. A hivatkozott közleményben a 38 kHz-es vivőfrekvencián működő modulátorhoz 41,04 MHz-es órajel frekvencia adódott, azon feltételből kiindulva, hogy a harmonikusok szintje < 60 dB az első megjelenő harmonikus sorszáma 13. így a kimeneten egy olyan aluláteresztő szűrő alkalmazható, melynek határfrekvenciája a 38 kHz 13 szorosa, azaz 494 kHz. (Itt határfrekvencia alatt az zárótartomány kezdetét értjük.) Az egyébként igen jó eredményeket adó módszer alkalmazhatóságát lényegesen korlátozza a nagyon magas órajelfrekvencia, mely csak speciális alkatrészekkel valósítható meg. Találmányunk célul tűzte ki olyan kapcsoló üzemű modulátor kialakítását, mely rendelkezik a kapcsoló üzem által nyújtott előnyökkel, azaz nagy linearitása és stabilitása van, csak a magasabb sorszámú harmonikusai jelennek meg, ugyanakkor órafrekvenciája alacsonyabb így egyszerű kis fogyasztású áramköri elemekkel (pl. CMOS) realizálható, illetve egy tokba integrálható. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy ha a jelváltások számát úgy növeljük meg, hogy közben az előírt szintű harmonikusok számát nem változtatjuk, olyan szabad paramétereket kapunk, melyeket optimalizálhatunk, és így lényegesen alacsonyabb órafrekvenciával történő működést hozhatunk létre. A kitűzött célt olymódon értük el, hogy a találmány szerinti kis harmonikustartalmú, lineáris amplitúdó és fázismenetű kapcsoló üzemű modulátor áramkört, mely digitális impulzusgenerátort, elektronikus kapcsolóikat és kimeneti szűrőt tartalmaz, a digitális impulzusgenerátor kimenete(i) elektronikus kapcsolóik) vezérlő bemenete(i)vel van(nak) összekötve, az elektronikus kapcsoló(k) jelbemenete(i) a modulátor áramkör moduláló jel bemenete(i)t képezi(k), az elektronikus kapcsolóik) kimenete(i) a kimeneti szűrő bemenetére van(nak) csatolva, a kimeneti szűrő kimenete a modulátor áramkör kimenetét képezi, az jellemzi, hogy a digitális impulzusgenerátor impulzusfrekvenciája nagyobb vagy egyenlő, mint a kimeneti szűrő határfrekvenciája. A találmány szerinti modulátor egy előnyös kiviteli alakja kódolt sztereo jel előállítására alkalmas. Ennél a kiviteli alaknál az elektronikus kapcsoló két bemenettel és egy kimenettel rendelkezik, a két bemenetre sztereo jelforrás jobb és bal csatomakimenete van kötve. Egy másik kiviteli alaknál, mely ugyancsak kódolt sztereo jel előállítására alkalmas, a digitális impulzusgenerátor egy további kimenete második elektronikus kapcsoló vezérlő bemenetére csatlakozik, ennek jelbemenete(i) feszültségforrás(ok) kimenetéhez van (nak) kapcsolva az elektronikus kapcsoló és a második elektomikus kapcsoló kimenetei összegző áramkörön keresztül vannak a kimeneti szűrő bemenetére csatolva. A találmány néhány előnyös kiviteli alakját a mellékelt ábrák segítségével ismertetjük részletesen, ahol az 1. ábra a találmány szerinti modulátor legáltalánosabb változatát 2. ábra a találmány szerinti modulátornak sztereo kódolt jel előállítására alkalmas kiviteli alakját mutatja, a 3. ábrán egy sztereo kódolt jel előállítására alkalmas bővített kiviteli alak van ábrázolva, a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
