Преобразователи частоты (модуляторы)



 

Назначение - изменение электрического представления сигналов с целью наиболее эффективного использования линий связи при передаче информации.

 

 

Рис.5.2-Обозначения преобразователей частоты

 

Обозначения сигналов, подаваемых на модуляторы, следующие.

a(t) - модулирующий сигнал;

f(t) - модулируемый сигнал;

S(t) - модулированный сигнал.

 

 

Классификация и формы модулированных сигналов

 

Модулированные сигналы в зависимости от типа сигнала или несущего колебаний делятся на три класса .

1. Аналоговая модуляция.

2. Дискретная модуляция .

3. Импульсная модуляция .

В зависимости от того, какой параметр подвергают изменению при модуляции, они делятся на подклассы.

Аналоговая модуляция бывает:

- амплитудная (АМ) (рис.5.4);

- частотная (ЧМ);

- фазовая (ФМ).

Дискретная модуляция:

- дискретная аналоговая (ДАМ);

- дискретная частотная (ДЧМ);

- дискретная фазовая (ДФМ).

Для импульсной модуляции, переносчиком информации является последователь-ность импульсов со скважностью Q>>1.

Импульсная модуляция бывает следующих видов:

- амплитудно-импульсная (АИМ);

- широтно-импульсная (ШИМ), которая в свою очередь делится на: ШИМ1 и ШИМ2 (рис.5.3);

 

 

Рис.5.3-Разновидности широтной модуляции ШИМ1 и ШИМ2

 

-фазоимпульсная (ФИМ)или времяимпульсная (ВИМ).

ШИМ1 - изменению подвергается только передний фронт (например, левый) импульса.

ШИМ2 - изменению подвергаются оба фронта пропорционально.

 

Рис.5.4-Формирование АМ сигнала

 

 

 

              ,                  (5.3)

 

Рис.5.5-Формирование сигналов дискретной модуляции


 

 

 

Амплитудная модуляция

 

Нормируем сигнал a(t) таким образом сигнал, чтобы  .

В качестве цели последующего анализа поставим перед собой расчет спектра амплитудно-модулированного сигнала.

 

 

Рис.5.7-Спектр сигнала a(t)

 

 

Амплитудно-модулированный сигнал можно записать в виде

.

Обозначим - спектр сигнала a(t) (рис.5.7).

Выполняя прямое интегральное преобразование Фурье, получаем

С учётом известного выражения (формула Эйлера)

а также заменяя интегралы дельта-функцией согласно формуле

 

,

окончательно получаем

 

              .                              (5.4)

 

 

              Формирование спектра сигнала АМ в соответствии с выражение (5.4) поясняется рис.5.8.

                  С учётом условия физической реализуемости спектр сигнала АМ будет иметь место только в области положительной полуоси частот. На рис.5.9 представлена структура спектра АМ сигнала, состоящего из двух основных составляющих: нижней боковой полосы частот (н.б.) и верхней боковой (в.б.).

Способы передачи АМ сигналов

 

В промышленных телекоммуникационных системах (многоканальных системах передачи информации) применяются следующие способы передачи АМ сигналов [10].

1 способ. Передача 2-х боковых полос частот и несущего колебания (ДБП) (рис. 5.10 и 5.11)

 

 

Рис.5.10-Спектральные диаграммы формирования

сигнала ДБП с несущим колебанием

 

Основное достоинство этого метода заключается в простоте построения оборудования на передаче и приёме.

Основные недостатки:- в линию передаются мощности обеих боковых и несущее колебание ;

- ширина полосы линейного спектра равна .

 

Рис.5.11-Схема формирования сигнала ДБП с несущим колебанием

     

 

 

Рис.5.12-Спектральные диаграммы

формирования сигнала ОБП

 

Рис.5.13-Схема формирования сигнала ОБП

 

2 способ. Одна боковая полоса частот (ОБП) (рис. 5.12 и 5.13).

Главное достоинство этого метода, которое обусловило его широкое применение в современных телекоммуникационных системах, заключается в том, что в линию передаётся только одна боковая полоса частот.

Недостаток – усложнение оборудования на передаче и приёме.

3-й способ. Одна боковая и несущая (рис. 5.14)

 

 

Рис.5.14-Спектральные диаграммы формирования

сигнала ОБП с несущим колебанием

 

Достоинства:

1. Полоса частот достаточно мала ( ).

2. Нет необходимости формировать несущее колебание на приемнике.

Недостаток - несущее колебание перегружает устройства передачи.

По сложности реализации этот способ занимает промежуточное место между 1-м и 2-м способами.

 

4-й способ. Частичное подавление одной боковой полосы частот (рис. 5.15).

Используется, например, в телевидении, в телефаксах. Применение связано с тем, что сигнал, передающий изображение, имеет спектральные составляющие, близкие к нулевой частоте.

Этот способ в реализации достаточно сложен.

Главное достоинство заключается в том, что этот способ позволяет передавать сигналы с частотами, близкими к нулю.

 

 

 

 

Рис.5.15-Спектральные диаграммы формирования

сигнала с частичным подавлением одной

боковой полосы частот

 

 

ЛЕКЦИЯ 6

 

МОДУЛЯТОРЫ

Угловая модуляция. Дискретная амплитудная модуляция (ДАМ). Дискретная фазовая модуляция (ДФМ). Дискретная частотная модуляция (ДЧМ). Импульсные виды модуляции. Модуляция случайными сигналами

Угловая модуляция

 

Как правило, ФМ и ЧМ объединяются в угловую модуляцию.

Девиация частоты (Dw) - абсолютное максимальное изменение частоты.

Закон изменения частоты (рис.6.1):

,

.

 

 

 

Рис.6.1-Изменение частоты при частотной модуляции

 

Q(t) - мгновенный угол.

При частотной модуляции мгновенный угол (фаза) будет иметь вид

 

 

(6.1)

 

где bчм - индекс частотной модуляции.

В этом виде модуляции индекс bчм зависит от частоты модулирующего колебания.

При фазовой модуляции

 

 , (если ).

 

,      (6.2)

 

где bфм - индекс фазовой модуляции.

По сравнению с частотной модуляцией bфм не зависит от частоты модулирующего колебания.

   Так как:

 

;

;

.

 

где - функция Бесселя первого рода n-го порядка от аргумента . После выполнения несложных преобразований, получим

 

                       (6.3)

 

Замечания к этому выражению.

1. Формула получена без применения прямого интегрального преобразования Фурье.

2. Спектр состоит из 3-х частей:

1-е слагаемое - несущее колебание с амплитудой, определяемой функцией Бесселя J0(b);

 

2-е слагаемое - бесконечное количество разностных частотных продуктов;

3-е слагаемое - бесконечное количество суммарных частотных продуктов.

Даже в идеальном случае спектр бесконечен. С ростом k амплитуда быстро убывает.

Пример спектра сигнала с угловой модуляцией приведён на рис.6.2.

 

Рис.6.2-Спектр сигнала угловой модуляции

 

Оценим ширину спектра DS.

Если :

 

 

- при ЧМ  (ширина спектра не зависит от );

- при ФМ (ширина спектра зависит от частоты сигнала W).

При , ,

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 802;