17562

Дослідження методів функціонування модуляторів та демодуляторів

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №1 з дисципліни: Автоматизоване проектування ТЗЗІ Тема: Дослідження методів функціонування модуляторів та демодуляторів Мета: Вивчити особливості функціювання різноманітних модуляторів та демодуляторів. Теоретичні відомості В зага...

Украинкский

2013-07-04

605.5 KB

3 чел.

Лабораторна робота №1

з дисципліни: «Автоматизоване проектування ТЗЗІ»

Тема: «Дослідження методів функціонування модуляторів та демодуляторів»

Мета: Вивчити особливості функціювання різноманітних модуляторів та демодуляторів.

Теоретичні відомості

В загальному випадку несуче коливання можна представити аналітично:

В цьому виразі амплітуда А(t), фаза φ(t) та частота ω(t) змінюються згідно закону інформаційного сигналу, що передається каналом зв'язку. В залежності від того, який саме параметр змінюється розрізняють, відповідно, амплітудну (АМ), фазову (ФМ) та частотну (ЧМ) модуляції.

При АМ амплітуда несучого коливання являється функцією часу:

А0 – постійна складова, що дорівнює середньому значенню амплітуди несучого коливання: А0=(Аminmax)/2 , де Аmin та Аmax  - мінімальна та максимальна амплітуди несучого коливання, а F(t) – функція часу, підпорядкована тому ж закону, що й інформаційний сигнал – модуляційна функція.

Тут Т0 – період модулюючого сигналу, ТН – період несучого коливання.

У випадку, коли модуляційна функція являє собою гармонічне коливання F(t)=Mcos(Ωt+φ0), аналітичний вигляд коливання для однотональної АМ:

Тут М=ΔА/A0 – коефіцієнт модуляції, який характеризує глибину модуляції, ΔА=Amax-A0 – девіація амплітуди, Amax – максимальне значення амплітуди несучого коливання, Ω та φ0 – частота та фаза модулюючого сигналу, ωН та φН – частота та фаза несучого коливання.

Спектр сигналу для однотональної АМ (рис. 4.1.2) має три складові: центральну, розташовану на частоті ωН та дві бокові, симетричні відносно центральної на Ω.

Для ЧМ за законом інформаційного сигналу змінюється частота несучого коливання. Повна фаза косинуса несучого коливання прямопропорційна інтегралу від інформаційного сигналу:

Тут Δω=ωН – Ω – девіація частоти. Звідси значення коефіцієнта частотної модуляції: mFM=(ωН Ω)/Ω 

У загальному вигляді спектр складається з центральної гармоніки на частоті ωн й бокових смуг гармонік, рознесених одна відносно одної на величину Ω. Амплітуди бокових гармонік не є монотонно спадними й пов'язані складним чином з коефіцієнтом фазової модуляції тфм=(φН – φ0 )/φ0 .

Практичну  ж ширину спектру ЧМ-сигналу можна знайти за формулою:

Для ФМ повна фаза косинуса несучого коливання прямо пропорційна інформаційному сигналу:

Тут Um – амплітуда несучого коливання, Ω та φ0 – частота та фаза модулюючого сигналу, ωН та φН – частота та фаза несучого коливання, тφ= φН – φ0 – девіація фази .

Досліджуючи зміни частоти такою, що несе з ЧМ, є спокуса прийти до висновку про те, що ширина смуги, необхідної для ЧМ-ПЕРЕДАЧИ, складає ±н,  або , оскільки та, що несе міняється по частоті в межах ±н, тобто чмн±н.Этот вивід, проте, повністю помилковий. Може бути показано, що ЧМ-КОЛЕБАНІЯ складаються з тієї, що несе і бічних смуг аналогічно AM з однією лише істотною відмінністю: при ЧМ існує безліч бічних смуг (мал. 5). Амплітуди бічних смуг зв'язані вельми складним чином з індексом модуляції. Відзначимо, що частоти бічних смуг пов'язані лише з частотою модулюючого сигналу м, а не з девіацією частоти н. Для попереднього прикладу, коли =5 і м=15 кГц (максимум), ми отримуємо сім пар смуг (н±м, н±2м, н±3м, і так далі) з амплітудами, що змінюються, але що перевищують значення 0,04Ан. Всі інші пари за межами н±7м мають амплітуди нижче за рівень 0,02Ан.

Перша пара бічних смуг може бути описана як 0,33А[sin(н+м)t+sin(н-м)t] має амплітуду 0,33 Ан; друга пара - н2м - має амплітуду 0,047Ан. Відзначимо, що амплітуди різних бічних смуг не є такими, що монотонно убувають у міру того, як їх частоти все більш і більш віддаляються від н. Фактично в приведеному прикладі з =5 найбільшою по амплітуді (0,4 Ан) є четверта пара бічних смуг. Амплітуди різних бічних смуг отримані із спеціальних таблиць, що описують ці смуги для різних значень . Очевидно, що ширина смуги, необхідна для передачі семи пар бічних смуг, складає ±715 кГц, або 1415 кГц= 210 кГц (для fм=15 кГц). На цьому ж підставі ширина смуги, необхідна для =10 (н/м=10), рівна 26fм; 13 бічних смуг в цьому випадку складуть 2615=390 кГц. Таким чином, частотна модуляція вимагає значної ширини смуги частот і, як наслідок, використовується тільки при тих, що несуть з частотами 100 Мгц і вище.

У випадку ФМ за законом інформаційного сигналу змінюється фаза несучого коливання.

У загальному вигляді спектр складається з центральної гармоніки на частоті ωн й бокових смуг гармонік, рознесених одна відносно одної на величину Ω. Амплітуди бокових гармонік не є монотонно спадними й пов'язані складним чином з коефіцієнтом фазової модуляції тРМ=(φН – φ0 )/φ0 .

Практичну  ж ширину спектру ФМ-сигналу можна знайти за формулою:

Завдання (АМ):

  1.  Изменяя коэффициент модуляции блока Complex в схеме на рис
    убедитесь в справедливости формулы
  2.  Рассчитайте значения ph для модулятора при различных значениях  полученные, результаты проверьте моделированием. Аналогичные операции проделайте применительно к формулам. Путем моделирования установите зависимость соотношения между интенсивностями несущей и боковых частот от коэффициента модуляции. Для отсчета увеличьте (стандартным образом) размер графопостроителя  по вертикали и горизонтали.
  3.  Снимите спектр АМ - сигнала после исключения из схемы квантователя и сравните полученные результаты с приведенными на рис. 5.1.
  4.  Установите зависимость формы спектра и временного смещения восстановленного. AM колебания относительно модулирующего (на выходе Кв) от времени моделирования путем увеличения параметра Impulse Time источника Impulse.
  5.  Проведите испытания амплитудных модуляторов на рис. 5.1 в узкополосном режиме (при Fc = 0). Сравните спектры модулированных сигналов с показанными на рис. 5.1.


1) На малюнку, наведеному нижче значення коефіцієнта модуляції М встановлено в 1. Згідно формули, наведеної в завданні, максимальне значення амплітуди модульованого сигналу має вдвічі перевищувати амплітуду несучого, що й доводить малюнок.

На даному малюнку встановлено нульовий коефіцієнт модуляції. При цьому, як і слід було очікувати, модульований сигнал має форму гармонічної несучої.

2) Розрахуємо значення фази сигналу на виході модулятора згідно формули: 

При значенні початкової фази φ=90 градусів та лінійної частоти f=2 Гц, матимемо:

При значенні початкової фази φ=180 градусів та лінійної частоти f=1 Гц, матимемо:

3) На наступній схемі в коло включений елемент квантування з кроком квантування 0,1 с.

На даній схемі цей елемент відсутній

4) Зміна часу моделювання не вносить жодних змін у вигляд частотного спектру сигналу. Про зсув по осі часу вихідного сигналу відносно відтвореного можна сказати, що із зміною часу моделювання зсув не спостерігається, проте із його збільшенням межі відображення графіків зменшуються.

5) Якщо встановити частоту несучого коливання нульовою, то модульований сигнал на буде вигляду:

Якщо врахувати, що коефіцієнт модуляції дорівнює  одиниці, то модульований сигнал підніметься відносно несучої на значення її амплітуди.


Завдання (ЧМ):

  1.  Какими   параметрами   определяются   характеристики   частотных модуляторов. Исследуйте зависимость формы спектра ЧМ сигнала от амплитуды модулирующего сигнала (0,1 и 0,3 В) и индекса модуляции. Проведите cpaвнительный анализ полученных результатов.
  2.  Путем моделирования установите зависимость составляющих комплексного сигнала модуляторов Complex от начальной фазы несущей (0, 30, 60, 90,120,150,180°). Для каждого случая напишите выражение для комплексного сигнала потенциальной и тригонометрической форме.

1) Основні параметри, які визначають характеристики частотних модуляторів наступні:

- частотний коефіцієнт модуляції М, якмий визначається як відношення відхилення частот несучої та модулюючого коливання, до частоти модулюючого коливання;

-  амплітуда несучої.

Змінюючи дані параметри, спостерігатимемо за змінами с в частотному спектрі тва часовій формі модульованих сигналів.

А) М=1, амплітуда – 1 В.


Б) М=3, амплітуда – 1 В.

В) М=3, амплітуда – 0,3 В.

2) Нижче наведені значення параметрів сигналу на виході комплексного модулятора в співвідношенні з початковою фазою несучої:

0    30    60    90 120    150    180


Завдання (ФМ)

Розглянемо зміни, які вносяться в частотний спектр та вигляд промодульованого коливання зі зміною коефіцієнта модуляції.

М=7

М=5

М=2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9049. Политика в общественной жизни людей. Государство и его роль в развитии общества 14.08 KB
  Политика в общественной жизни людей. Государство и его роль в развитии общества. Политика - специфическая сфера общественной жизни. Политика есть стремление к участию во власти или оказанию влияние на распределение власти между различными...
9050. Практика и познание. Гносеология - теория познания 15.72 KB
  Практика и познание. Проблемой познания занимается такой раздел философии, как гносеология – теория познания. Под познанием подразумевается процесс получения знания, деятельность по получению, хранению, переработке и систематизации информации...
9051. Сознание, его природа и сущность. Индивидуальное и общественное сознание 15.38 KB
  Сознание, его природа и сущность. Индивидуальное и общественное сознание. Еще одно свойство материи – отражение - способность тела в результате взаимодействия с другими телами воспроизводить некоторые особенности этого взаимодействия в сво...
9052. ФИЛОСОФИЯ СОКРАТА 13.75 KB
  Философия Сократа. Сократ (469-399) был философом, который, отойдя от натурфилософского истолкования мира, посвятил себя этическим проблемам. Он «спустил философию с неба на землю». Главной его целью был поиск истины. В центре внимания Сократа...
9053. СОФИСТЫ И ИХ РОЛЬ В РАЗВИТИИ ДРЕВНЕГРЕЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ 14.67 KB
  Софисты и их роль в развитии древнегреческой культуры. В V веке до н.э. заметное место в греческой философии заняла софистика. Первоначально слово софист означало мудрец, затем так стали называть тех, кто обучал молодых детей правильной речи и воз...
9054. Социальная дифференциация. Теория классов и теория стратификации 14.29 KB
  Социальная дифференциация. Теория классов и теория стратификации. В зависимости от конкретных исторических обстоятельств материально-производственной сферы общественной жизнедеятельности людей складываются определенные социальные отношения. В зависи...
9055. Субъекты истории 17.08 KB
  Субъекты истории. История - процесс и результат общественного развития - реализуется через деятельность преследующих свои цели людей. Люди выступают движущими силами, или субъектами в истории, поскольку они, по Гегелю, способны осознавать...
9056. Схоластика как форма философствования 14.76 KB
  Схоластика как форма философствования. Схоластика - господствовавшая форма философствования в XI-XV вв. Была на службе церкви и преподавалась в университетах, например, в Болонском, потому и получила такое название (schola - школа). Являла...
9057. ФИЛОСОФИЯ, ЕЕ ПРЕДМЕТ И РОЛЬ В ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ 18.16 KB
  Философия, ее предмет и роль в жизни людей. Слово философия, предложенное Пифагором, в переводе с греческого обозначает любовь к мудрости, любомудрие. Под мудростью подразумевается любовь к мысли о мире в целом, дар открывать в предметах и явлениях ...