Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория передачи сигналов. Учебное пособие
.pdf
51
)(S
c
c
0
c
0
c
02
c
02
c
03
c
03
0
2
0
3
0
Спектр АИМ - сигнала для
)cos()( tUt
cm
имп
эф
f
1
Модулятор АИМ
)(t
сигналАИМ
АИМ
U
t
Демодулятор АИМ
ФНЧ
)(t
АИМ-сигнал
интерполятор
Рис.49. Спектр АИМ-сигнала
В качестве модулятора АИМ-сигнала используют схему электронного
ключа (рис.50).
Рис.50. Модулятор и демодулятор АИМ-сигналов
52
имп
Аналого-импульсные виды модуляции
эл
Электронный ключ управляется импульсным сигналом, длительностью
поступающим на ключ с частотой, определяемой по теореме Котельникова
(процесс дискретизации). В качестве демодулятора используется
интерполирующий фильтр (ФНЧ).
5.10. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) по закону модулирующего
сигнала изменяется ширина (длительность) импульсов импульсной
поднесущей (рис.51). При этом амплитуда импульсов и частота следования
импульсов не меняется. Различают ШИМ-1 и ШИМ-2. При ШИМ-1 ширина
импульсов изменяется за счет изменения только среза импульса. Если
изменяется и срез и фронт импульса, то имеет место ШИМ-2.
,
Рис.51. Аналого-импульсные виды модуляции
Характеристика и спектр ШИМ-сигнала представлены на рис.52.
Спектр - бесконечен, эффективная ширина полосы частот - величина
обратная
.
53
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Ширина импульса изменяется по закону .
c
tUt
cm
sin)(
t
c
sin
0
0
- среднее значение ширины (длительности) импульса
-- девиация ширины импульса
-- круговая частота первичного сигнала
- эффективная полоса частот ШИМ-сигнала
0
c
lк
0
c
l
0
)(S
c
0
0
2
0
3
имп
эф
f
1
Модулятор ШИМ (мультивибратор Роера
(МР))
Модулятор
ШИМ
МР
)(t
t
Демодулятор ШИМ
ФНЧ
)(t
ШИМсигнал
0
T
Рис.52. Характеристика и спектр широтно-импульсных сигналов
На рис.53. представлен модулятор ШИМ-сигналов на примере
мультивибратора Роера.
Рис.53. Модулятор ШИМ-сигналов
Мультивибратор Роера работает в ждущем режиме и имеет два входа: для
подачи модулирующего сигнала (сообщения) и управляющего сигнала
54
с
0
Фазо-импульсная модуляция (ФИМ)
Аналитическое выражение ФИМ-сигнала
)(),(
1
0 kдkkи
tSUtS
0
U
)(tS
и
)(kкt
0
T
- амплитуда измерительного импульса
- функция огибающей измерительного импульса
- девиация временного положения импульса
- период опроса
- значение нормированного сообщения в момент
опроса
- эффективная полоса частот ФИМ-сигнала
k
t
2/
0
Т
д
имп
эф
f
1
имп
эф
f
1
(коротких импульсов, следующих с частотой опроса, определенной по
теореме Котельникова). В момент подачи управляющего импульса
происходит быстрый заряд конденсатора через сопротивление
времязадающей цепочки до величины, зависящей от амплитуды сообщения в
момент опроса. Затем происходит разряд конденсатора за время,
пропорциональное амплитуде сообщения. Таким образом, длительность
выходного импульса меняется по закону модулирующего сигнала.
В качестве демодулятора ШИМ-сигналов используется ФНЧ при условии,
что полезная составляющая спектра не зашумлена посторонними нижними
боковыми составляющими спектра рис.52. Для этого необходимо выбирать
частоту опроса
.
5.11. Фазо-импульсная модуляция (ФИМ)
При фазо-импульсной модуляции по закону модулирующего сигнала
изменяется временное положение импульса на периоде опроса, амплитуда и
длительность не меняются (рис.51,54).
Рис.54. Характеристика фазо-импульсной модуляции
Спектр ФИМ-сигнала - бесконечен, эффективная полоса
.
55
Модулятор ФИМ-сигнала
Мод.
ШИМ
ФИМсигнал
)(t
ДУ
дифференцирую
щее устройство
ОВ
Однополупериодн
ый выпрямитель
Од
Одновибратор
восстанавливает
форму импульса
Демодулятор ФИМ-сигнала
РУ ФНЧ
ФИМсигнал
)(t
)(t
t
k
t
0
T
ktktktk
t
0
T
Фазо-импульсно-модулированный сигнал можно получить из широтноимпульсно-модулированного сигнала по схеме, представленной на рис. 55.
Из рис.51 видно, что ФИМ-сигнал состоит из опорного и измерительного
сигналов. Часто в линию связи передается только измерительный импульс
(соответствует срезу ШИМ-сигнала), опорный импульс восстанавливается на
приемной стороне.
Рис.55. Модулятор и демодулятор ФИМ-сигналов
Модулятор ФИМ-сигнал состоит из модулятора ШИМ,
дифференцирующего устройства (выделяет передний и задний фронты
импульса ШИМ-сигнала), однополупериодный выпрямитель (выделяет
измерительный импульс), одновибратор (восстанавливает форму
измерительного импульса).
Демодулятор ФИМ-сигнал состоит из решающего устройства (например, в
виде триггера), на выходе которого из переднего и заднего фронтов
формируется ШИМ-сигнал, затем демодулятор ШИМ-сигнал в виде ФНЧ.
56
АИМ-ЧМ и ФИМ-АМ
АИМ-ЧМ
ФИМ-АМ
)1(
1
2)1(2 ММff
имп
эфАИМэф
имп
эфФИМэф
ff
2
2
5.12. Сигналы АИМ-ЧМ и ФИМ-АМ
Вследствие высокой помехоустойчивости и простоты технической
реализации в радиотехнических системах широко используются сигналы
АИМ-ЧМ и ФИМ-АМ (рис.56), которые получаются в результате двойной
модуляции: аналого-импульсной и аналоговой.
Рис.56. Сигналы АИМ-ЧМ и ФИМ-АМ
На первом этапе формирования сигналов с двойной модуляцией
используется импульсная поднесущая, которая модулируется по амплитуде
(АИМ) или по фазе (ФИМ), на втором этапе – гармоническая несущая,
которая модулируется по частоте (ЧМ) или амплитуде (АМ). Спектры АИМЧМ и ФИМ-АМ - бесконечно большие с эффективной полосой (см. рис.56).
5.13. Аналоговые непрерывные системы модуляции
Аналоговые виды модуляции характеризуются непрерывным
гармоническим несущим сигналом и непрерывным модулирующим сигналом
(сообщением). Аналоговые виды модуляции делятся на амплитудную и
57
)cos(),(),(
00
ttUtS
m
),( tS
),( tU
m
]),(cos[),(
00
ttUtS
m
),( t
),( t
)(),( tMt
ФМ
ФМ
M
t
д
dttt
0
)(),(
д
сдЧМ
M /
с
1
,ЧМФМ
М
угловую (частотную и фазовую). При амплитудной модуляции по закону
первичного (модулирующего) сигнала изменяется амплитуда несущего
(синусоидального) сигнала:
,
где
- модулированный сигнал;
- изменения амплитуды по закону передаваемого сообщения.
При угловой модуляции по закону передаваемого сообщения изменяется
угол синусоидального сигнала:
,
где
- составляющая полного угла гармонической функции,
изменяющаяся по закону передаваемого сообщения.
В зависимости от закона изменения
угловую модуляцию делят на
следующие виды:
- фазовая модуляция, где
- безразмерная величина,
означающая максимальное отклонение фазы, называемая индексом фазовой
модуляции;
- частотная модуляция, где
- максимальное отклонение
частоты несущего сигнала, называемое девиацией частоты.
Индекс частотной модуляции
(
- максимальная частота в
спектре сообщения) есть безразмерная величина, означающая отклонение
фазы. Если индекс угловой модуляции
, то системы -
широкополосные, если меньше единицы, то системы – узкополосные.
5.14. Амплитудная модуляция (АМ)
Амплитудная модуляция – единственный вид модуляции, имеющий спектр с
ограниченной полосой частот при условии, что передаваемое сообщение также
ограничено по частоте. Относительная узкополосность спектра частот является
58
%33
Аналоговые непрерывные системы модуляции
Амплитудная модуляция (АМ)
По закону передаваемого сообщения изменяется амплитуда несущего сигнала
.
)(t
Выражение АМ-сигнала для
tUt
cm
sin)(
)cos()](1[)(
000
ttMUtS
АМАМ
)cos()(
000
tUtS
АМ-сигнал:
])cos()2/1()cos()2/1([cos),(
0000
tMtMtUtS
cАМcАМ
при
00
)cos()2/1()cos()2/1(coscos
С учетом формулы
1
АМ
М
cэф
Ff 2
0
U
U
М
m
АМ
индекс АМ модуляции
c
F
- ширина полосы частот
)(t
для
tUt
cm
sin)(
Лекция №9
cАМ
Ff 2
достоинством АМ. Амплитудная модуляция имеет недостатки: 1)
информационная избыточность (информация передается в верхней и нижней
боковых полосах спектра); 2) неэффективно используется мощность
передатчика, к.п.д.
; 3) низкая помехоустойчивость. Основные определения
АМ, вид модулированного сигнала и спектр представлены на рис. 57,58.
Рис. 57. Определения амплитудной модуляции
59
)(S
0
c
c
0
c
0
)(S
0
)(t
)(tS
),( tS
tUt
cm
sin)(
c
F
2
Амплитудная модуляция
Рис. 58. Вид амплитудной модуляция и спектр АМ
5.15. Балансная модуляция (БМ) и однополосная модуляция (ОМ)
Повысить эффективность передатчика можно путем удаления (фильтрации)
из спектра модулированного сигнала несущего колебания (рис.59). Такая
модуляция получила название балансной модуляцией (БМ). Однако
усложняется схема демодулятора, так как на приеме необходимо
восстанавливать несущее колебание.
Еще больше повысить эффективность передатчика можно путем
фильтрации из спектра амплитудно-модулированного сигнала одну боковую
полосу. Таким образом, в линию связи посылается только одна боковая полоса
(нижняя или верхняя). При этом устраняется информационная избыточность,
спектр модулированного сигнала становится равным спектру передаваемого
сообщения.
Такая модуляция называется однополосной (ОМ), широко используется не
только в радиотехнических системах, но и в проводных многоканальных
системах с частотным уплотнением каналов (рис.59).
Формирование (модуляция) сигналов с БМ и ОМ происходит на основе
модуляторов АМ, дополненных соответствующими полосовыми фильтрами.
60
Однополосная амплитудная модуляция
Балансная модуляция
)(S
)(S
cFc
F
2
2
c
F
2
cАМ
Ff 2
)]()([ tSt
),( tS
)(S
),( tS
Для демодуляции БМ и ОМ также используются схемы АМ, дополненные
системами восстановления несущего сигнала и ФНЧ.
Рис.59. Спектры балансной и однополосной модуляций
Простейшей схемой формирования АМ является модулятор на основе
полупроводникового диода (рис.60), который широко применяется в системах с
частотным уплотнением каналов. На рис.60 представлены: структурная схема
модулятора, аппроксимация в виде ряда вольт-амперной характеристики
полупроводникового диода (зависимость выходного тока от входного
напряжения), выражение входного напряжения
характеристика выходного сигнала
спектра выходного сигнала
можно получить, подставив в выражение
в виде спектра
в виде ряда и
. Выражение
ряда входное напряжение. Если ограничиться первыми тремя членами ряда, то
помимо спектра АМ-сигнала (несущей и двух боковых составляющих) получим
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]