Методы формирования и обработки аналоговых радиосигналов в аппаратуре радиосвязи. К лекции 3

Сентябрь 13, 2022

Главная
Алгебра
Методы формирования и обработки аналоговых радиосигналов в аппаратуре радиосвязи. К лекции 3

Содержание

2. Литература 1. Ворона В. А. Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета: учеб. пособие для вузов -
3. 1-й вопрос: Аналоговые сигналы радиосвязи. Методы формирования и обработки Сигналы с амплитудной модуляцией. Математическая модель АМС.
4. Сигналы с амплитудной модуляцией Под амплитудной модуляцией понимают процесс изме- нения амплитуды радиосигнала по закону изменения
5. Математическая модель АМС Математическая модель АМС может быть представлена в виде: где - частота колебаний несущей
6. Коэффициент глубины модуляции Простейший АМС может быть получен, когда модулирующим сигналом является простейший гармонический сигнал вида:
7. Достоинства и недостатки АМС Достоинства систем радиосвязи с АМ: - простота технической реализации; - сравнительно небольшая
8. Схема РПДУ с умножением частоты
9. Схема РПДУ с переносом частоты
10. Спектр АМ сигнала
11. Математическая модель сигнала с угловой модуляцией Поскольку мгновенная частота ω(t) с фазой θ(t) сигнала связана соотношением:
12. Индексы частотной и фазовой модуляции Высокочастотное несущее колебание имеет вид: . При ЧМ тональным сигналом несущее
13. График ЧМ сигнала с тональной модуляцией
14. Отличия ФМ и ЧМ Из формул видно, что при частоте модулирующего сигнала Ω=const отличить ЧМ от
15. Отличия ФМ и ЧМ
16. Спектр ЧМ и ФМ сигнала при заданном значении mч=5 и mч=2,4
17. Методы осуществления угловой модуляции Методы осуществления угловой модуляции можно разде- лить на прямые и косвенные. Прямой
18. Схемы формирования сигналов с угловой модуляцией
19. Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции Поскольку при прямом методе ЧМ к контуру автогенератора подключа- ется
20. 2-й вопрос: Системы радиосвязи с аналоговыми видами модуляции. Сравнительная оценка. Область применения Сравнение АМ и ОМ
21. Сравнение АМ и ОМ сигналов Переход от АМ к ОМ эквивалентен выигрышу по мощности примерно в
22. Достоинства, недостатки и особенность ЧМ сигналов Преимущества СРС с ЧМ по сравнению с АМ: 1. более
23. Ширина спектра УМ сигнала Ширина спектра при УМ - бесконечна. На практике за ширину спектра -
24. Сущность прямого и косвенного методов формирования ЧМ сигналов Передающее устройство ЧМ основывается на двух методах: -
25. Применение и достоинства СРС с АМ Системы радиосвязи с амплитудной модуляцией (АМ) применяют в основном в
27. Скачать презентацию

Слайд 2

Литература
1. Ворона В. А. Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета: учеб.

пособие для вузов - М. : Горячая линия - Телеком, 2007. - 384 с.
2. Куликов Г. В. Радиовещательные приёмники : учеб. пособие для вузов / Г. В. Куликов, А. А. Парамонов - М. : Горячая линия - Телеком, 2011. - 120 с.
3. Ситников В.А. - Ростов н/Д : РАС ЮРГУЭС, 2009. - 196 с. Устройства приема и обработки сигналов : крат. текст лекций для студ. всех форм обучения МТФ по спец. "БРА" и "САСКТ".

Слайд 3

1-й вопрос: Аналоговые сигналы радиосвязи. Методы формирования и обработки
Сигналы с амплитудной

модуляцией.
Математическая модель АМС.
Коэффициент глубины модуляции.
Достоинства и недостатки АМС.
Схема РПДУ с умножением частоты.
Схема РПДУ с переносом частоты.
Спектр АМ сигнала.
Математическая модель сигнала с угловой модуляцией.
График ЧМ сигнала с тональной модуляцией.
Отличия ФМ и ЧМ.
Спектр ЧМ и ФМ сигнала при заданном значении mч=5 и mч=2,4.
Методы осуществления угловой модуляции.
Схемы формирования сигналов с угловой модуляцией.
Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции.

Слайд 4

Сигналы с амплитудной модуляцией
Под амплитудной модуляцией понимают процесс изме- нения амплитуды

радиосигнала по закону изменения информационного сообщения. Сформированное таким образом радиочастотное колебание называют амплитуд- номодулированным.
АМ используется для передачи непрерывных сигналов:
- телефонных
- звукового вещания;
- факсимильных;
- для передачи сигналов телевизионных изображений в диапазонах метровых и дециметровых волн.
АМ сигналы (АМС) используются в основном для слуховых видов работ.

Слайд 5

Математическая модель АМС
Математическая модель АМС может быть представлена в виде:
где -

частота колебаний несущей волны;
где - это константа, определяющая амплитуду несущего колебания в отсутствии модуляции;
- коэффициент глубины модуляции.
где - максимальный ток в антенне;
- средний ток в антенне.

Слайд 6

Коэффициент глубины модуляции
Простейший АМС может быть получен, когда модулирующим сигналом является

простейший гармонический сигнал вида:
С учетом этого, выражение для АМС примет вид:
Амплитуда модулирующего сигнала определяется коэффициентом глубины модуляции m, при этом:
Если произведение косинусов заменить их суммой, то для = 0 и = 0, можно записать:
Получим 3 гармоники (2 отстоящие на Ω от третьей вверх и вниз по оси частот соответственно).

Слайд 7

Достоинства и недостатки АМС
Достоинства систем радиосвязи с АМ:
- простота технической реализации;

- сравнительно небольшая ширина спектра
Недостатки систем радиосвязи с АМ:
- низкая помехоустойчивость;
- неэффективность использования мощности передатчика (менее 30%);
- напряженный режим работы выходных каскадов - необходимость проектирования передатчика на максимальную мощность.

Слайд 8

Схема РПДУ с умножением частоты

Слайд 9

Схема РПДУ с переносом частоты

Слайд 10

Спектр АМ сигнала

Слайд 11

Математическая модель сигнала с угловой модуляцией
Поскольку мгновенная частота ω(t) с фазой

θ(t) сигнала связана соотношением:
то частотная и фазовая модуляция взаимозависимы, их объединяют даже общим названием - угловая модуляция. При частотной модуляции (ЧМ) мгновенная частота сигнала изменяется по закону модулирующего сигнала, при фазовой (ФМ) - фаза. Поэтому, при модуляции тестовым синусоидальным сигналом частотой Ω:
uмод(t)=UмодcosΩt.
При ЧМ и ФМ соответственно получим:
ω(t)=ω0+ΔωдевcosΩt,
где Δωдев=kUмод - девиация частоты;
θ(t)=ω0t+ΔϕдевcosΩt+θ0,
где Δϕдев=kUмод - девиация фазы.

Слайд 12

Индексы частотной и фазовой модуляции
Высокочастотное несущее колебание имеет вид:
.
При ЧМ тональным

сигналом несущее колебание примет вид:
где mч=Δω/Ω - индекс частотной модуляции.
При ФМ тональным сигналом несущее колебание принимает вид:
где Δϕдев - девиация фазы, или индекс фазовой модуляции.

Слайд 13

График ЧМ сигнала с тональной модуляцией

Слайд 14

Отличия ФМ и ЧМ
Из формул видно, что при частоте модулирующего сигнала

Ω=const отличить ЧМ от ФМ не представля- ется возможным. Это различие можно обнаружить только при изменении частоты Ω. При ЧМ девиация частоты Δωдев=const при изменении частоты Ω, а девиация фазы сигнала меняется по закону Δωдев=Δωдев/Ω.
При ФМ амплитуда колебания фазы сигнала Δϕдев=const, а мгновенная частота сигнала меняется по закону
следовательно, девиация частоты пропорциональна частоте модулирующего сигнала Δωдев=Δϕдев/Ω. Данное различие между ЧМ и ФМ иллюстрируется с помощью графиков.

Слайд 15

Отличия ФМ и ЧМ

Слайд 16

Спектр ЧМ и ФМ сигнала при заданном значении mч=5 и mч=2,4

Слайд 17

Методы осуществления угловой модуляции
Методы осуществления угловой модуляции можно разде- лить на

прямые и косвенные. Прямой метод при ЧМ озна- чает непосредственное воздействие на колебательную систему автогенератора, определяющую частоту колеба- ний. Косвенный метод состоит в преобразовании ФМ в ЧМ. Прямой метод при ФМ означает воздействие на ВЧ усилитель или умножитель частоты, т.е. на электрические цепи, определяющие фазу высокочастотных колебаний. Косвенный метод заключается в преобразовании частот- ной модуляции в фазовую. Сказанное можно пояснить с помощью четырех структурных схем, представленных на слайде, на которых приняты следующие обозначения: Г - автогенератор, У - усилитель, ЧМ - частотный модулятор, ФМ - фазовый модулятор, И - интегратор. Для преобразо- вания ФМ в ЧМ на входе фазового модулятора включается интегратор, а частотной - в фазовую на входе ЧМ – диффе- ренцирующая цепь.

Слайд 18

Схемы формирования сигналов с угловой модуляцией

Слайд 19

Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции
Поскольку при прямом методе ЧМ к

контуру автогенератора подключа- ется частотный модулятор, то это приводит к снижению стабильности частоты автоколебаний. Для нейтрализации этого явления используют три способа:
– модуляцию осуществляют в кварцевом автогенераторе;
– применяют косвенный метод модуляции;
– стабилизируют частоту автогенератора, к которому подключен частотный модулятор, с помощью системы АПЧ.
Два первых способа обеспечивают получение сравнительно малой девиации частоты, и поэтому они применяются в основном при узко- полосной ЧМ, когда девиация частоты не превышает нескольких кило- герц.
Третий способ позволяет обеспечить малую нестабильность частоты, требуемое, в том числе большое, значение девиации частоты.
Следует установить такое быстродействие системы авторегулирования, чтобы она реагировала на относительно медленные изменения часто- ты автогенератора под действием дестабилизирующих факторов (на- пример, изменения температуры) и не откликалась бы на относительно быстрые изменения частоты под действием модулирующего сигнала.

Слайд 20

2-й вопрос: Системы радиосвязи с аналоговыми видами модуляции. Сравнительная оценка. Область

применения

Сравнение АМ и ОМ сигналов.
Достоинства, недостатки и особенность ЧМ сигналов.
Ширина спектра УМ сигнала.
Сущность прямого и косвенного методов формирования ЧМ сигналов.
Применение СРС с АМ.
Достоинство СРС с АМ.
Применение СРС с ЧМ.
Преимущество СРС с ЧМ.

Слайд 21

Сравнение АМ и ОМ сигналов
Переход от АМ к ОМ эквивалентен выигрышу

по мощности примерно в 16 раз (10-12 дб).
Н е д о с т а т к а м и СРС с ОПС являются:
- необходимость дополнительного восстановления несущей на приемной стороне;
- возможность появления асинхронизма радиоканала;
- более сложные схемы детектирования.

Слайд 22

Достоинства, недостатки и особенность ЧМ сигналов
Преимущества СРС с ЧМ по сравнению

с АМ:
1. более высокая помехоустойчивость;
2. более эффективное использование мощности передатчика и менее напряженный режим работы его выходных каскадов.
Недостатки СРС с ЧМ:
- необходимость более широкой полосы пропускания канала связи;
- сложность технической реализации передатчиков и приемников ЧМ сигналов с требуемым качеством передачи и приема.
Особенность ЧМ сигнала:
- независимость (постоянство) амплитуды модулированного колебания от передаваемого сигнала.

Слайд 23

Ширина спектра УМ сигнала
Ширина спектра при УМ - бесконечна.
На практике

за ширину спектра
- при ЧМ принимают полосу частот, в которую не входят составляющие спектра с амплитудой меньше 1 - 3 % амплитуды несущей;
- при mчм < 0,5 →Δfчм ≈ 2Fmaх ≈ Δfам
- с увеличением mчм - спектр расширяется;
- при mчм >> 1 Δfчм ≈ 2Δfд не зависит от спектра модулирующего сигнала.
При ЧМ ширина спектра зависит от девиации частоты и следовательно прямо пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала.
Ширина спектра ФМ колебаний при Δφ >>1 равна 2ΔφдF т.е. зависит от модулирующей частоты.
Это коренные отличия между спектрами сигналов ЧМ и ФМ.
На практике ширина спектра при ЧМ определяется формулой Манаева:

Слайд 24

Сущность прямого и косвенного методов формирования ЧМ сигналов
Передающее устройство ЧМ основывается

на двух методах:
- прямом;
- косвенном.
Прямой метод
Модулирующее колебание воздействует непосредственно на автогенератор и меняет его частоту.
Недостатки:
- низкая стабильность средней частоты ЧМ колебаний;
- малая девиация частоты;
- большой уровень нелинейных искажений.
Косвенный метод
Воздействию модулирующего сигнала подвергается не гадающий автогенератор, а низкочастотный вспомогательный, так называемый частотно - модулируемый генератор,
ЧМ сигнал с ванной девиацией частоты образуется путем преобразования колебаний задающего генератора (возбудителя) и вспомогательного ЧМГ.
Обеспечивается наибольшая стабильность частоты.
Наиболее просто высокая стабильность средней частоты достигается при использовании косвенного метода получения ЧМ сигналов.

Слайд 25

Применение и достоинства СРС с АМ
Системы радиосвязи с амплитудной модуляцией (АМ)

применяют в основном в диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых волн для передачи непрерывных (телефонных, звукового вещания, факсимильных) сигналов, а также для передачи сигналов изображения в телевизионных системах метровых и дециметровых волн. Кроме того, с целью ношения помехоустойчивости специальных систем радиосвязи амплитудная модуляция применяется в комбинации с другими видами: модуляции, например, АМ-ЧМ, АМ-ФМ, АМ-ЧМ-ФМ.
Достоинством систем радиосвязи с амплитудной модуляцией является относительная простота их технической реализации и сравнительно с частотной модуляцией узкая полоса канала радиосвязи. Однако они обладают недостатками: низкой помехоустойчивостью, неэффективным использованием мощности передатчика и напряженным режимом работы его выходного каскадов (для передачи полезной информации используется менее 30% выходной мощности передатчика, а остальная мощность расходуется на несущую). Таким образом, передатчик АМ колебаний должен проектироваться на максимальную мощность.

Методы формирования и обработки аналоговых радиосигналов в аппаратуре радиосвязи. К лекции 3

Содержание

Литература1. Ворона В. А. Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета: учеб.

1-й вопрос: Аналоговые сигналы радиосвязи. Методы формирования и обработкиСигналы с амплитудной

Сигналы с амплитудной модуляциейПод амплитудной модуляцией понимают процесс изме- нения амплитуды

Математическая модель АМСМатематическая модель АМС может быть представлена в виде:где -

Коэффициент глубины модуляцииПростейший АМС может быть получен, когда модулирующим сигналом является

Достоинства и недостатки АМСДостоинства систем радиосвязи с АМ:- простота технической реализации;

Схема РПДУ с умножением частоты

Схема РПДУ с переносом частоты

Спектр АМ сигнала

Математическая модель сигнала с угловой модуляциейПоскольку мгновенная частота ω(t) с фазой

Индексы частотной и фазовой модуляцииВысокочастотное несущее колебание имеет вид:. При ЧМ тональным