Наблюдение АМ и DSBSC сигналов в частотной области
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ФИЗИКИ
Лабораторная работа
синхронное детектирование при флуктуационных помехах – Часть 1
Работу выполнила
студентки 4 курса
группы 06-821
Байбекова Диана
Железнякова Диана
Казань-2021
Цель работы
Изучить АМ и DSBSC модуляцию сигналов и их демодуляцию с помощью детектора огибающей и синхронного детектора. Изучить отличия АМ и DSBSC сигналов в частотной области.
Ход работы
Эксперимент 1. Генерация АМ сигнала с использованием простого сигнала сообщения
В этом эксперименте будем использовать модуль Emona DATEx для генерации реального АМ сигнала путем реализации его математической модели. Т.е. добавим постоянную составляющую к чистой синусоиде, чтобы создать сигнал сообщения, а потом перемножим его с другой синусоидой более высокой частоты (несущей). Сравним исходный и АМ модулированный сигналы.
1. Соберем схему, показанную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема макетной платы для генерации АМ сигнала
2. Повернем виртуальный элемент управления G так, чтобы пиковая амплитуда осциллограммы выходного синусоидального сигнала этого модуля была равна 1Vp-p.
Рисунок 2 – Выходной сигнал сумматора
3. Выходной сигнал сумматора теперь может быть описан следующим уравнением:
|
|
|
AM = (1VDC + 1Vp-p 2kHz синусоида) × несущая
4. Изменим схему согласно рисунку 3. Собранной схеме соответствует блок-схема, показанная на рисунке 4.
Рисунок 3 – Схема макетной платы для генерации АМ сигнала
Рисунок 4 – Блок-схема для генерации АМ сигнала
5. Выходной сигнал:
AM = (DC + Сигнал сообщения) × Несущая
AM = (1VDC + 1Vp-p синусоида 2kHz) × 4Vp-p синусоида 100kHz
6. На экране виртуального осциллографа пронаблюдаем осциллограмму сигнала сообщения и сигнала с выхода умножителя (Рис 5).
Рисунок 5 – Осциллограмма сообщения (CH0) и осциллограмма
АМ сигнала (CH1)
Эксперимент 2.
Модуляция с двумя боковыми полосами и подавлением несущей
Модуляция с двумя боковыми полосами и подавлением несущей (double-sideband suppressed-carrier – DSBSC) похожа на АМ модуляцию, но отличается тем, что сигнал сообщения используется для изменения (подваления) амплитуды несущей. Частота несущей, так же, как и при АМ модуляции, обычно намного выше, чем частота сигнала сообщения.
7. Соберем схему, показанную на рисунке 6. Собранной схеме соответствует блок-схема (Рис. 7). Она реализует уравнение:
DSBSC = Сигнал сообщения × Несущая
DSBSC = 4Vp-p 2 кГц синусоида × 4Vp-p 100 кГц синусоида
|
|
|
Рисунок 6 – Схема макетной платы для генерации DSBSC сигнала
Рисунок 7 – Блок-схема для генерации DSBSC сигнала
8. На экране виртуального осциллографа пронаблюдаем осциллограмму сигнала сообщения и сигнала с выхода умножителя (Рис. 8).
Рисунок 8 – Осциллограмма сообщения (CH0 1V/div) и осциллограмма
DSBSC сигнала (CH1 2V/div)
Наблюдение АМ и DSBSC сигналов в частотной области
АМ и DSBSC сигналы, полученные из идентичных входных данных (например, сигнал сообщения синусоида 1кГц и несущая синусоида 100кГц), отличаются, потому что состоят из разных гармонических сигналов, т.е. имеют различную спектральную структуру.
Уравнения моделей:
AM = (DC + сигнал сообщения) × Несущая
DSBSC = сигнал сообщения × Несущая
Подставим в уравнения значения параметров сигналов:
· 100кГц - Синусоидальный сигнал несущей частоты
· 101кГц Синусоидальный сигнал с частотой, равной сумме частот несущей и сигнала сообщения (Верхняя боковая полоса или USB)
· 99кГц Синусоидальный сигнал с частотой, равной разности частот несущей и сигнала сообщения (Нижняя боковая полоса или LSB)
Как можно заметить, AM сигналы включают в себя сигнал несущей, а DSBSC сигналы – нет.
Рисунок 9 – АМ и DSBSC сигналы во временной (а) и частотной (б) области
|
|
|
Полосы частот (часть частотного диапазона, который занимает сигнал) АМ и DSBSC сигналов могут быть рассчитаны двумя способами.
Из рисунка 9б видно, что сигналы занимают часть частотного спектра от нижней боковой полосы до верхней. Поэтому полосу частот (Bandwidth – BW) можно найти из равенства:
BW =USB − LSB
Тогда полосы частот АМ и DSBSC сигналов (Рис.9б) составляют 2кГц. Сравним полосы частот с исходными сигналами (1 кГц - сигнал сообщения и 100кГц – несущая). Отсюда вытекает второе равенство для расчета полосы частот:
BW = 2 × fm, где fm = частота сигнала сообщения
В случае, когда сигнал сообщения состоит более чем из одной синусоиды, нужно подставить в это равенство максимальную частоту сигнала сообщения.
Исследуем спектральный состав AM и DSBSC сигналов с помощью анализатора спектра NI ELVIS.
1. Соберем схему для генерации DSBSC сигнала (Рис. 6). Настроим анализатор спектра NI ELVIS согласно инструкции.
2. Получим спектр DSBSC сигнала (Рис. 10). Измерим частоты LSB, несущей (для АМ), USB и полосу частот. Результаты измерений занесем в таблицу 1.
Рисунок 10 – Виртуальный спектр DSBSC сигнала
Таблица 1 –значения максимумов спектра DSBSC сигнала
| эксперимент | теория | |
| Частота нижней боковой полосы (LSB) | 98 106.06 Гц | 98 кГц |
| Частота несущей | 100 кГц | |
| Частота верхней боковой полосы (USB) | 101 893.94 Гц | 102 кГц |
| Ширина полосы частот | 3787.88 Гц | 4 кГц |
3. Различия между измеренными и предсказанными значениями могут быть связаны с небольшим дрейфом частоты сигнала сообщения и с погрешностями измерительного оборудования NI ELVIS.
|
|
|
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 30; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!