Измерительные сигналы

Курсовая работа

Сигналы от измерительных датчиков и любых других источников информации передаются по линиям связи к приемникам — измерительным приборам, в измерительно-вычислительные системы регистрации и обработки данных, в любые другие центры накопления и хранения данных. Как правило, информационные сигналы являются низкочастотными и ограниченными по ширине спектра. Каналы связи, напротив, являются высокочастотными, широкополосными и рассчитаны на передачу сигналов от множества источников одновременно с частотным разделением каналов. Перенос спектра сигналов из низкочастотной области в выделенную для их передачи область высоких частот выполняется операцией модуляции.

Допустим, что низкочастотный сигнал, подлежащий передаче по каналу связи, задается функцией s(t).

В канале связи для передачи данного сигнала выделяется определенный диапазон высоких частот. На входе канала связи в специальном передающем устройстве формируется вспомогательный, как правило, непрерывный во времени периодический высокочастотный сигнал u(t) = f(t; a1, a2, … am).

Совокупность параметров ai определяет форму вспомогательного сигнала. Значения параметров ai в отсутствие модуляции являются величинами постоянными. Если на один из этих параметров перенести сигнал s(t), т.е. сделать его значение пропорционально зависимым от значения s(t) во времени (или по любой другой независимой переменной), то форма сигнала u(t) приобретает новое свойство. Она несет информацию, тождественную информации в сигнале s(t).

Поэтому сигнал u(t) называют несущим сигналом, несущим колебанием или просто несущей (carrier), а процесс переноса информации на параметры несущего сигнала — его модуляцией (modulation).

Информационный сигнал s(t) называют модулирующим (modulating signal), результат модуляции — модулированным сигналом (modulated signal).

Обратную операцию выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания называют демодуляцией (demodulation).

Основным видом несущих сигналов являются гармонические колебания:

u(t) = Ucos(t+),

которые имеют три свободных параметра: U, и. В зависимости от того, на какой из данных параметров переносится информация, различают амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) или фазовую (ФМ) модуляцию несущего сигнала. Частотная и фазовая модуляция взаимосвязаны, поскольку изменяют аргумент функции косинуса, и их обычно объединяют под общим названием — угловая модуляция (angle modulation).

В каналах передачи цифровой информации получила также распространение квадратурная модуляция, при которой одновременно изменяются амплитуда и фаза несущих колебаний.

6 стр., 2919 слов

Генераторы измерительных сигналов

... содержащую колебательный LC - контур. Частота генерируемого сигнала f 0 определяется параметрами контура (3) В генераторах основной частоты данная схема не используется, т.к. при формировании низких частот требуются большие величины L ...

При использовании в качестве несущих сигналов периодических последовательностей импульсов свободными параметрами модуляции могут быть амплитуда, длительность, частота следования импульсов и фаза (положение импульса относительно определенной точки тактового интервала).

Это дает четыре основных вида импульсной модуляции: АИМ, ДИМ, ЧИМ и ФИМ.

В качестве несущих сигналов можно использовать не только периодические колебания, но и стационарные случайные процессы. В качестве модулируемых параметров случайных сигналов используются моменты случайных процессов. Так, например, модуляция второго момента случайных последовательностей (модуляция по мощности) представляет собой аналогию амплитудной модуляции.

1. Измерительные сигналы

1.1 Классификация сигналов

гармоника амплитудный автоколебания

Сигналом называется материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Такой параметр называют информативным.

Измерительный сигнал ? это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. Основные понятия, термины и определения в области измерительных сигналов устанавливает ГОСТ 16465-94 «Сигналы радиотехнические. Термины и определения». Измерительные сигналы чрезвычайно разнообразны. Их классификация по различным признакам приведена на рисунке 1.1.

По характеру измерения информативного и временного параметров измерительные сигналы делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговый сигнал ? это сигнал, описываемый непрерывной или кусочнонепрерывной функцией Uа(t), причём как сама эта функция, так и её аргумент t могут принимать любые значения на заданных интервалах U?(Umin; Umax) и t?(tmin; tmax) (рисунок 1.2,а).

Дискретный сигнал ? это сигнал, изменяющийся дискретно во времени или по уровню. В первом случае он может принимать в дискретные моменты времени nT, где Т = const ? интервал (период) дискретизации; n = 0; 1; 2;…? целое, любые значения Uд (nT) ? (Umin; Umax), называемые выборками или отсчётами. Такие сигналы (рисунок 1.2,б) описываются решётчатыми функциями. Во втором случае значения сигнала Uд(t) существуют в любой момент времени t ? (tmin; tmax), однако они могут принимать ограниченный ряд значений hi = nq, кратных кванту q.

Цифровые сигналы ? квантованные по уровню и дискретные по времени сигналы Uц(nT), которые описываются квантованными решётчатыми функциями (квантованными последовательностями), принимающими в дискретные моменты времени nT лишь конечный ряд дискретных значений — уровней квантования h1, h2, …, hn (рисунок 1.2,в).

Эти сигналы подробно рассмотрены в подразделе 1.5.

По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные, значения которых в течение времени не изменяются, и переменные, значения которые меняются во времени. Постоянные сигналы являются наиболее простым видом измерительных сигналов.

Переменные сигналы могут быть непрерывными во времени и импульсными. Непрерывным называется сигнал, параметры которого изменяются непрерывно. Импульсный сигнал ? это сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого со временем завершения переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен. Характеристики и параметры импульсных сигналов рассмотрены в подразделе 1.4.

4 стр., 1875 слов

Дискретизация сигнала

... цифровой сигнал 2.1 Аналоговый сигнал Аналоговый сигнал - сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений. Различают два пространства сигналов - пространство L (непрерывные сигналы), и ...

По степени наличия априорной информации переменные измерительные сигналы делятся на детерминированные, квазидетерминированные и случайные. Детерминированный сигнал — это сигнал, закон изменения которого известен, а модель не содержит неизвестных параметров. Мгновенные значения детерминированного сигнала известны в любой момент времени. Детерминированными (с известной степенью точности) являются сигналы на выходе мер. Например, выходной сигнал генератора низкочастотного синусоидального сигнала характеризуется значениями амплитуды и частоты, которые установлены на его органах управления. Погрешности установки этих параметров определяются метрологическими характеристиками генератора. Квазидетерминированные сигналы — это сигналы с частично известным характером изменения во времени, т.е. с одним или несколькими неизвестными параметрами. Они наиболее интересны с точки зрения метрологии. Подавляющее большинство измерительных сигналов являются квазидетерминированными.

Детерминированные и квазидетерминированные сигналы делятся на элементарные, описываемые простейшими математическими формулами, и сложные. К элементарным относятся постоянный и гармонический сигналы, а также сигналы, описываемые единичной и дельта-функцией. Они рассмотрены в подразделе 1.3. К сложным сигналам относятся импульсные и модулированные сигналы, описанные в подразделе 1.4.

Сигналы могут быть периодическими и непериодическими. Непериодические сигналы делятся на почти периодические и переходные. Почти периодическим называется сигнал, значения которого приближённо повторяются при добавлении к временному аргументу надлежащим образом выбранного числа — почти периода. Периодический сигнал является частным случаем таких сигналов. Почти периодические функции получаются в результате сложения периодических функций с несоизмеримыми периодами, например U(t) = sin(щt) + + sin( 2 щt).

Переходные сигналы описывают переходные процессы в физических системах.

Периодическим называется сигнал, мгновенные значения которого повторяются через постоянный интервал времени. Период T сигнала ? параметр, равный наименьшему такому интервалу времени. Частота f периодического сигнала ? величина, обратная периоду.

Периодический сигнал характеризуется спектром. Различают три вида спектра:

  • комплексный ? комплексная функция дискретного аргумента, кратного целому числу значений частоты щ периодического сигнала U(t), представляющая собой значения коэффициентов комплексного ряда Фурье:

2A(kщ) = 2

? U(t)e? jkwt dt , (1.1)

где k — любое целое число;

  • амплитудный ? функция дискретного аргумента, представляющая собой модуль комплексного спектра периодического сигнала:

G(k )щ= A(k )щ

Re 2 [A(k )]щ

+ Im2 [A(k )]щ, (1.2)

где Re(z), Im(z) -действительная и мнимая части комплексного числа z;

  • фазовый ? функция дискретного аргумента, представляющая собой аргумент комплексного спектра периодического сигнала:

(? k )щ

7 стр., 3225 слов

Расчет преобразователя частоты

... работы смесителя и гетеродина, что определяет использование преобразователей с отдельным гетеродином в приемниках повышенного класса. Наиболее распространенными схемами преобразователей частоты на биполярных транзисторах являются схемы, в которых принимаемый сигнал ...

= arg[A(k )]щ

= arctg AIm[

(k )]щ . (1.3)

Re[A(k )]щ

Периодический сигнал содержит ряд гармоник. Гармоника — гармонический сигнал с амплитудой и начальной фазой, равными соответствующим значениям амплитудного и фазового спектра периодического сигнала при некотором значении аргумента. Наличие высших гармоник в спектре периодического сигнала количественно описывается коэффициентом гармоник, характеризующим отличие формы данного периодического сигнала от гармонической (синусоидальной).

Он равен отношению среднеквадратического значения сигнала суммы всех его гармоник, кроме первой, к среднеквадратическому значению первой гармоники:

? U

k Г =

? i , (1.4)

i = 2 1U

где Ui, U1 — i-я и первая гармоники сигнала U(t).

Периодические сигналы бывают гармоническими, т.е. содержащими только одну гармонику, и полигармоническими, спектр которых состоит из множества гармонических составляющих. К гармоническим сигналам относятся сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса. Все остальные сигналы являются полигармоническими.

Случайный сигнал ? это изменяющаяся во времени физическая величина, мгновенное значение которой является случайной величиной. Характеристики и параметры случайных сигналов, или, как еще говорят, процессов, рассмотрены отдельно.

Модуляция (от лат. Modulatio — мерность, размеренность) — изменение какого — либо параметра периодических колебаний высокой частоты под воздействием других колебаний существенно более низкой (модулирующей) частоты.

Для передачи сообщений звуковой частоты (речь, музыка, изображение) сигналы преобразовывают в электрическую форму. В такой форме эти сигналы не всегда пригодны для эффективного излучения с помощью антенн и распространения в свободном пространстве, так как представляют собой низкочастотные колебания, которые быстро затухают. Для передачи низкочастотных колебаний на большие расстояния используются высокочастотные колебания, которые обладают свойствами, необходимыми для передачи на большие расстояния. Содержащее сообщение низкочастотное колебание как бы накладывают на высокочастотное колебание, в результате чего оно изменяется по закону передаваемого сообщения.

Высокочастотное колебание называется несущим, а передаваемое сообщение, содержащее низкочастотное колебание, называется управляющим (модулирующим) сигналом.

Преобразование колебаний — процессы изменения амплитуды, частоты или фазы при модуляции и детектировании.

Рис. 1 Изображение модулятора: Uнес — несущее колебание; Uупр — управляющий сигнал; Uмод — модулированное колебание

Модуляцию осуществляют в специальных устройствах — модуляторах (рис. 1.)

На два входа модулятора подают управляющий (низкочастотный) сигнал Uупр и гармоническое несущее (высокочастотное) колебание Uнес, а на выходе появляется модулированное (высокочастотное) колебание.

В зависимости от того, воздействует ли модулирующий сигнал на амплитуду, частоту или фазу несущего высокочастотного колебания, различают соответственно амплитудную, частотную или фазовую модуляцию

Недостатки амплитудной модуляции.

Недостатком амплитудной модуляции является плохое использование мощности высокочастотных колебаний и, как следствие этого, уменьшение дальности действия радиостанции. В приемниках амплитудно-модулированных сигналов трудно бороться с помехами от атмосферных разрядов и электрических установок. Помехи производят дополнительную амплитудную модуляцию принятых колебаний, которая проявляется в виде шорохов и тресков.

4 стр., 1856 слов

Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи сигналов

... сигнал. Ложные частотные компоненты сигнала (отсутствующие в спектре исходного сигнала) получили название alias (ложная частота, побочная низкочастотная составляющая). Частота ложных компонент зависит от разницы между частотой сигнала и частотой дискретизации. Например, синусоидальный сигнал с частотой ... аналого-цифровыми преобразователями являются аналого-цифровые преобразователи, работающие ...

Достоинства частотной модуляции

Главным достоинством частотной модуляции является ослабление действия помех, что позволяет улучшить качество приема. По сравнению с амплитудной модуляцией при частотной модуляции лучше используется мощность передатчика.

В радиосвязи и радиовещании успешно применяется частотная модуляция. В нашей стране создана сеть УКВ радиовещательных станций, работающих с частотной модуляцией в диапазоне 64,5 — 73 МГц. Для радиовещания применяется широкополосная частотная модуляция, при которой наибольшее отклонение частоты от первоначального значения достигает десятков килогерц (обычно + 75 кГц).

Такое отклонение частоты допустимо только в случае, если частота несущих колебаний достаточно велика. Поэтому радиовещание с частотной модуляцией ведется на ультракоротких волнах, т. е. на частотах не менее десятков мегагерц.

Частотная модуляция

При частотной модуляции амплитуда несущего колебания остается постоянной, а несущая частота щ0 изменяется во времени по закону модулирующего сигнала.

Рис. 2 Частотная модуляция а — несущее колебание; б — модулирующий сигнал; в — частотно — модулированный сигнал; ин — мгновенное значение напряжения несущего колебания; и — мгновенное значение напряжения модулирующего сигнала; ичм — мгновенное значение напряжения частотно — модулированного сигнала; t — текущее значение времени

На рис.2. показаны графики модулирующего синусоидального звука и колебания с переменной высокой частотой, полученного в результате частотной модуляции. Во время первого положительного полупериода звукового колебания частота несущего колебания возрастает, доходит до наибольшего значения, а затем возвращается к первому значению. В течение другого отрицательного полупериода звука частота несущего колебания уменьшается, доходит до наименьшего значения и снова принимает первоначальное значение. Чем больше амплитуда модулирующего сигнала, тем сильнее изменяется частота.

При частотной модуляции модулируемым параметром является частота гармонического колебания щ0, которая получает приращение Дщ, зависящее от времени и пропорциональное мгновенному значению модулирующего сигнала U. В случае гармонического колебания мгновенная частота щ не меняется во времени, она равна несущей частоте щ0.

При частотной модуляции частота несущего колебания щсвязана с модулирующим сигналом U зависимостью

щ = щ0 +kчU,

где щ0 — несущая частота несущего колебания; kч — размеренный коэффициент пропорциональности между частотой и напряжением, рад / (В·с).

Максимальное отклонение мгновенного значения частоты модулированного колебания от среднего значения называется девиацией частоты.

щд = щmф = kчU/щ,

где щ — мгновенное значение круговой частоты; mф — девиация фазы несущего колебания (индекс частотной модуляции); U — амплитуда модулирующего сигнала.

Наибольшее применение имеет частотный модулятор на основе варикапа — полупроводникового диода с обратно смещенным p-n-переходом. Закон изменения емкости p-n-перехода, называемой барьерной, или зарядной, от величины обратного напряжения U имеет вид:

13 стр., 6129 слов

Тиристорные преобразователи частоты: назначение, типы

... описаны известные сегодня типы преобразователей частоты, применяемые в частотно регулируемом электроприводе, реализованные в них методы управления, их особенности и характеристики. 1.Тиристорный преобразователь частоты 1.1 Назначение тиристорных преобразователей частоты Частотный асинхронный преобразователь частоты служит для преобразования ...

C(U)=Cнач / (1 + |U|/ц0)ґ,

где Снач — начальная емкость; ц0 =0,5 … 0,7 В (для кремния)- контактная разность потенциалов.

График зависимости приведен на рис. 3а.

Схема частотного модулятора с варикапом, подключенным к контуру автогенератора, приведена на рис. 3б.

Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции

При прямом методе частотной модуляции к контуру автогенератора подключается частотный модулятор, это приводит к снижению стабильности частоты автоколебаний.

Для нейтрализации этого явления используют три способа:

  • Применяют косвенной метод модуляции, т.е. преобразование фазовой модуляции в частотную;
  • Модуляцию осуществляют в кварцевом автогенераторе;
  • Стабилизируют частоту автогенератора, к которому подключен частотный модулятор, с помощью системы автоматической подстройки частоты.

Косвенный метод модуляции

Рис. 4 Структурная схема преобразования фазовой модуляции в частотную: Г- автогенератор; У — усилитель; ЧМ — частотный модулятор; И — интегратор

Косвенный метод заключается в преобразовании фазовой модуляции в частотную.

Для преобразования фазовой модуляции в частотную на входе фазового модулятора включается интегратор рис. 4.

Минимальному значению частоты модулирующего сигнала соответствует максимальное значение отклонения девиации фазы. Небольшое значение девиации частоты, которое можно получить при косвенном методе, ограничивает область его использования. Повышение девиации частоты возможно путем увеличения максимальной девиации фазы за счет применения многоконтурных колебательных цепей или умножения частоты сигнала в n раз, что в такое же число раз увеличивает девиацию частоты.

Пример кварцевого автогенератора с частотным модулятором на варикапе

Рис. 5 кварцевый генератор

В ней Дfдев = 2…3 кГц при частоте несущей 10…20 МГц.

Два первых способа обеспечивают получение сравнительно малой девиации частоты, и поэтому они применяются в основном при узкополосной частотной модуляции, когда девиация частоты не превышает несколько килогерц.

Метод стабилизации частоты автогенератора, к которому подключен частотный модулятор, с помощью системы автоматической подстройки частоты

Данный метод позволяет обеспечить малую нестабильность частоты, требуемое, большое значение девиации частоты.

В схеме на рис. 6. частотный модулятор подключен к стабилизируемому автогенератору согласно рис. 7.

Следует установить такое быстродействие системы авторегулирования, чтобы она реагировала на относительно медленные изменения частоты автогенератора под действием дестабилизирующих факторов (например, изменение температуры) и не откликалась бы на относительно быстрые изменения частоты под действием модулирующего сигнала. Для реализации данного условия амплитудно-частотная характеристика замкнутого конца автоподстройки частоты должна иметь вид согласно рис. 8, на котором ї1 — ї2 спектр частот модулирующего сигнала

2. Частотная модуляция дискретных сообщений

5 стр., 2456 слов

Высокочастотная электротерапия: электрическое поле ультравысокой ...

... ЭП УВЧ вызывает с такой же частотой колебания ионов, вращение дипольных молекул, поляризацию диэлектрических частиц и образование токов проводимости значительной плотности. Поляризация тканей изменяет ... ° С (тепловое действие УВЧ). Максимальное количество тепла образуется в тканях обедненных водой, поэтому высока чувствительность к электрическому полю УВЧ нервной, сосудистой и ретикулоэндотелиальной ...

При передаче дискретной информации, в том числе цифровой, кодированной информации — комбинации двоичных сигналов, состоящей из логических 1 и 0 , модуляцию называют манипуляцией, а устройство, реализующее процесс, — как модулятором, так и манипулятором. Процесс манипуляции называют также телеграфным режимом работы, соответственно заменяется название частотная модуляция на частотная телеграфия.

2.1 Частотная телеграфия

При модуляции дискретных сообщений используется двухступенчатая модуляция, это связанно с тем, что в идеальном случае полоса пропускания радиоприемника должна быть равна спектру принятого сигнала. Практически данное требование из-за нестабильности частоты несущей радиопередатчика и частоты гетеродина радиоприемника реализовать не удается: полосу пропускания с учетом названых нестабильностей частоты приходится расширять, что снижает помехоустойчивость. По этому более эффективной оказалась двухступенчатая модуляция, при которой логические 1 и 0 модулируют сначала поднесущую сравнительно низкой частоты, а затем этой поднесущей модулируют частоту несущей радиопередатчика.

2.2 Структурная схема частотной телеграфии

В первой ступени модуляции сигнал, поступающий от источника информации, с помощью кодирующего устройства (кодера) преобразуется в последовательность двоичных сигналов — в биты информации. Далее в модуляторе 1 логической 1 присваивается частота F1, а логическому 0 — F2. Далее синусоидальный сигнал с частотой F1 и F2 во второй ступени модулирует с девиацией частоту несущей радиопередатчика. В радиоприемнике такой сигнал дважды проходит процедуру демодуляции: сначала выделяется частота, а затем — исходящее цифровое сообщение — битовая последовательность. При такой двухступенчатой модуляции полос пропускания фильтров, устанавливаемых в канале поднесущей частоты, удается сузить до ширины спектра передаваемого сообщения и тем самым повысить помехоустойчивость.

2.3 Фазовая модуляция

Фаза несущей ц изменяется прямо пропорционально мгновенным значением тока или напряжения модулирующего сообщения.

2.4 Фазомодулированное колебание

При ФМ индекс модуляции. При ФМ изменяется не только фаза, но и частота несущей; так, полупериод несущей Тн не равен полупериоду модулированного колебания Тм. Точно также при ЧМ изменяется и фаза несущей. Таким образом, ФМ аналогична ЧМ, и отличаются они друг от друга лишь методами их осуществления. Девиация частоты связана с девиацией по фазе следующим соотношение:

Полоса частот модулированного по фазе переносчика:

При ЧМ индекс модуляции согласно уменьшается с увеличением частоты сообщения, а при фазовой модуляции от нее не зависит (4-20), то ширина полосы частот при фазовой модуляции оказывается несколько большей, чем при частотной,

При m«1 спектр частот при ЧМ и ФМ состоит из несущей и двух баковых полос, как при АМДБП. При m»1 спектр частот при фазовой модуляции весьма схоже со спектром при ЧМ, с той лишь разницей, что в ФМ величины баковых частот не зависят от частоты сообщения, тогда как при ЧМ амплитуды этих частот уменьшается с увеличением частоты сообщения.

Заключение

На сегодняшний день все вопросы, касающиеся радиосвязи и средств ее непосредственного обеспечения очень актуальны, тем боле, что радиосвязь с каждым днём всё глубже проникает во все сферы деятельность человека, и позволяет оперативно передавать информацию от абонента к абоненту, практически мгновенно, минуя огромные расстояния.

4 стр., 1885 слов

Импульсно-кодовая модуляция

При входящем вызове от станции вначале поступает сигнал проверки работоспособности линии и цифровой телефонный аппарат (ЦТА). Этот сигнал распознается блоком управления (далее управляющим процессором УП). ЦТА до поступления сигнала акустического вызова находится в дежурном режиме с малым энергопотреблением. УП контpолиpует поступающий от станции сигнал и при положенной микpотелефонной тpубке ...

Чaстoтнaя модуляция нaхoдит все большее рaспрoстрaнение, несмотря нa ряд знaчительных труднoстей, кoтoрые неoбхoдимo преoдoлеть при сoздaнии сети вещaтельных рaдиoстaнций в УКВ диaпaзoне, при прoектирoвaнии и рaзрaбoтке рaдиoприемникoв нa трaнзистoрaх в этoм диaпaзoне. Однaкo уже в ближaйшие гoды все перспективные aвтoмoбильные рaдиoприемники будут выпускaться с УКВ диaпaзoнoм.

Рaдиoприемники чaстoтнo-мoдулирoвaнных сигнaлoв имеют в oснoвнoм тaкие же кaскaды, кaк и рaдиoприемники aмплитуднo-мoдулирoвaнных сигнaлoв. Принципиaльнoе oтличие зaключaется в тoм, чтo вместo aмплитуднoгo детектoрa рaдиoприемник чaстoтнo-мoдулирoвaнных сигнaлoв имеет чaстoтный детектoр, преoбрaзующий мoдулирoвaннoе пo чaстoте высoкoчaстoтнoе нaпряжение в нaпряжение низкoй чaстoты, вoспрoизвoдящее зaкoн мoдуляции.

Перед чaстoтным детектoрoм стoит aмплитудный oгрaничитель для устрaнения пaрaзитнoй aмплитуднoй мoдуляции. Вoзмoжнoсть пoдaвления пaрaзитнoй aмплитуднoй мoдуляции, вoзникaющей глaвным oбрaзoм пoд действием пoмех, является oснoвнoй причинoй пoвышеннoй пoмехoустoйчивoсти рaдиoприемникoв чaстoтнo-мoдулирoвaнных сигнaлoв.

Применение чaстoтнoй мoдуляции дaет целый ряд преимуществ пo срaвнению с aмплитуднoй мoдуляцией, применяемoй для вещaния в ДВ, СВ и KB диaпaзoнaх.

Испoльзoвaние чaстoтнoй мoдуляции пoвышaет пoмехoустoйчивoсть рaдиoприемa. Выше былo выясненo, чтo при рaдиoприеме нa aвтoмoбиле нaибoльшую интенсивнoсть имеют импульсные пoмехи. Отнoшение сигнaлa и импульснoй пoмехи нa выхoде чaстoтнoгo детектoрa пo срaвнению с тем же oтнoшением нa вхoде oгрaничителя увеличивaется в 4Af/F рaз. Если девиaция чaстoты А/= 50 кгц, мaксимaльнaя чaстoтa спектрa передaчи F= 10 кгц, тo oтнoшение сигнaл/пoмехa увеличивaется в 20 рaз. В этoм случaе испoльзoвaние чaстoтнoй мoдуляции дaет тaкoй же эффект, кaк и увеличение мoщнoсти передaтчикa в 800 рaз. Прaвдa, эти сooтнoшения спрaведливы в тoм случaе, кoгдa сигнaл знaчительнo превoсхoдит урoвень пoмехи. При oтнoшении сигнaл/шум меньше двух выигрыш свoдится нa нет.

Для пoвышения oтнoшения сигнaл/пoмехa неoбхoдимo увеличивaть девиaцию чaстoты передaтчикa Д/, нo чем бoльше Д/, тем шире спектр чaстoт, зaнимaемых передaчей, и тем шире дoлжнa быть пoлoсa прoпускaния рaдиoприемникa. Пoэтoму преимуществa чaстoтнoй мoдуляции мoгут быть успешнo реaлизoвaны в тех случaях, кoгдa мoжнo зaнять ширoкий спектр чaстoт — пoрядкa 150-200 кгц. Этo вoзмoжнo тoлькo в диaпaзoне УКВ.

При чaстoтнoй мoдуляции лучше испoльзуется мoщнoсть передaтчикa, тaк кaк мoщнoсть передaвaемoгo сигнaлa oстaется неизменнoй в течение всегo прoцессa мoдуляции. При aмплитуднoй мoдуляции мoщнoсть передaвaемoгo сигнaлa резкo меняется, и oт передaтчикa требуется oбеспечить знaчительнo бoльшую мaксимaльную мoщнoсть, чем средняя мoщнoсть излучения. В тo же время при мaлoй мoщнoсти излучения ухудшaется oтнoшение сигнaл/пoмехa. Все этo существеннo oгрaничивaет динaмический диaпaзoн передaвaемых сигнaлoв при aмплитуднoй мoдуляции. При чaстoтнoй мoдуляции динaмический диaпaзoн мoжет быть знaчительнo выше, блaгoдaря чему улучшaется этoт вaжный кaчественный пoкaзaтель передaчи.

13 стр., 6291 слов

Циклoны, их виды и характеристика

... пoступления в атмoсферу загрязняющих веществ oтмечается в зимние месяцы, кoгда на пoлную мoщнoсть рабoтают ТЭЦ и кoтельные [2]. В связи с вышесказанным представляет oпределенный интерес ... целью улавливания и вoзврата ценных пылевидных прoдуктoв или пoлуфабрикатoв, а втoрые - для oчистки притoчнoгo вoздуха, пoдаваемoгo вентиляциoнными устанoвками в прoизвoдственные и oбщественные здания. Пылеулoвители ...

Блaгoдaря высoкoй пoмехoустoйчивoсти и вoзмoжнoсти зaнять бoлее ширoкую пoлoсу чaстoт при чaстoтнoй мoдуляции удaется рaсширить спектр передaвaемых чaстoт дo 10-15 кгц, в тo время кaк при aмплитуднoй мoдуляции передaется спектр 4-7 кгц. Этo oчень вaжнo для кaчественнoгo вoспрoизведения музыкaльных передaч.

При бoлее ширoкoм передaвaемoм спектре пoлучaется бoлее знaчительный выигрыш зa счет испoльзoвaния метoдa предвaрительнoй кoррекции. Мoщнoсть верхних звукoвых чaстoт в. спектре речи и музыки знaчительнo меньше, чем мoщнoсть нижних чaстoт. Для пoвышения пoмехoустoйчивoсти в oблaсти верхних чaстoт прoизвoдятся искусственный пoдъем высoких мoдулирующих чaстoт в передaтчике и сooтветствующее их уменьшение в рaдиoприемнике. Однoвременнo с oслaблением в рaдиoприемнике кoлебaний этoгo учaсткa чaстoт сигнaлa вo стoлькo же рaз пoнижaется и урoвень пoмех в oблaсти верхних звукoвых чaстoт, где их интенсивнoсть мaксимaльнa. Тaким oбрaзoм, действие пoмех зaметнo oслaбляется, тoгдa кaк для сигнaлa результирующий спектр вoспрoизвoдимых чaстoт oкaзывaется нoрмaльным. Метoд предвaрительнoй кoррекции пoзвoляет увеличить oтнoшение сигнaл/пoмехa нa выхoде рaдиoприемникa примернo нa 12 дб (F=10 кгц), тoгдa кaк при aмплитуднoй мoдуляции выигрыш сoстaвляет oкoлo 4 дб (F=5 кгц).

Рaдиoвещaние нa УКВ ведется с применением ширoкoпoлoснoй чaстoтнoй мoдуляции. Этo вoзмoжнo пo двум причинaм.

Бoльшaя ширинa этoгo диaпaзoнa пoзвoляет рaзместить в нем знaчительнoе числo передaтчикoв при бoльшем интервaле между их несущими чaстoтaми. Если в диaпaзoне длинных и средних вoлн для рaбoты рaдиoстaнции oтвoдится oблaсть чaстoт ширинoй oкoлo 10 кгц, тo нa ультрaкoрoтких вoлнaх для рaбoты передaтчикa с ширoкoпoлoснoй чaстoтнoй мoдуляцией без зaтруднения удaется oтвести пoлoсу чaстoт ширинoй 150-200 кгц. Нa УКВ сигнaлы передaтчикoв рaспрoстрaняются тoлькo в пределaх прямoй видимoсти. Пoэтoму в дaннoм месте мoжнo принимaть сигнaлы oчень немнoгих передaтчикoв, чтo знaчительнo уменьшaет взaимные пoмехи.

Используемая литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/izmeritelnyie-signalyi/

1. В. И. Каганов. Радиопередающие устройства. М. ИРПО: Издательский центр « Академия» 2002

2. Н. Н. Малов. Радиотехника. М. »Просвещение»

3. И. П. Жеребцов. Радиотехника. М. издательство «Связь»