69025

Модулированные сигналы. Сигналы угловой модуляции

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Термины частотная и фазовая модуляция справедливо ассоциируются с изменением по закону модулирующего колебания частоты или фазы исходного немодулированного колебания: Определим более подробно смысл этих изменений. Что же тогда изменение фазы если представить исходное...

Русский

2014-09-28

225.5 KB

3 чел.

Лекция 3.2

Тема 3. Модулированные сигналы.

Занятие 2. Сигналы угловой модуляции.

  1.  Общие свойства сигналов с угловой модуляцией.

Сигналы частотной модуляции.

Фазовая модуляция.

Спектры сигналов с УМ.

Учебные вопросы.

Общие свойства сигналов с угловой модуляцией.

Термины "частотная" и "фазовая" модуляция справедливо ассоциируются с изменением (по закону модулирующего колебания) частоты или фазы исходного, немодулированного колебания:

Определим более подробно смысл этих изменений.

Изменение частоты -- это скорость изменения фазы.

     (3.2.1)

Что же тогда изменение фазы?

если представить исходное, немодулированное колебание в виде неподвижного вектора , то приращение, изменение фазы  всякого другого (например, модулированного колебания ) сигнала можно трактовать как угол поворота вектора  относительно исходного  в момент .

Таким образом, понятия "фаза", "изменение фазы" существуют в конкретной системе отсчета. Вне системы отсчета говорить об этих понятиях нет смысла.

При равных амплитудах векторов мгновенное значение напряжения модулированного (по углу поворота вектора)  колебания  можно представить в виде:

   (3.2.2)

Выражение в квадратных скобках носит название полной фазы колебания :

    (3.2.3)

Значение приращения фазы можно определить из (3.2.1)

    (3.2.4)

В частности, при

    (3.2.5)

Это известное линейное изменение фазы: приращение фазы гармонического колебания относительно опорного, если разница частот модулированного и немодулированного колебания неизменна.

Термин “угловая модуляция” призван подчеркнуть глубокое внутреннее сходство упомянутых двух видов модуляции: ЧМ и ФМ.

В основе их — изменение по определенному закону, связанному с информативными признаками, фазы модулированного колебания относительно несущего колебания. Скорость изменения фазы есть изменение частоты, а изменение частоты приводит к изменению фазы.

Для изучения свойств сигналов ЧМ и ФМ воспользуемся уже известным набором исходных колебаний:

— несущая    (3.2.6)

— случайный первичный сигнал. (3.2.7)

— тональный сигнал.   (3.2.8)

Сигналы ЧМ.

В отличии от правила (3.1.2) для АМ в случае ЧМ мгновенная частота модулированного колебания может быть представлена в виде:

  (3.2.9)

где — крутизна частотного модулятора, то есть коэффициент пропорциональности между изменением мгновенно частоты относительно несущей и напряжением модулирующего колебания.

   (3.2.9а)

Полная фазы колебания соответственно запишется

 (3.2.10)

Следовательно, в соответствии с (3.2.3) сигнал ЧМ должен быть записан

 (3.2.11)

При модуляции тоном

  (3.2.12)

Судя по (3.2.12), в этом смысле отклонение фазы  от фазы несущей происходит по гармоническому закону:

    (3.2.13)

где     (3.2.13а)

индекс частотной модуляции, совпадающий количественно и по физическому смыслу с девиацией фазы ЧМ колебания при модуляции тоном.

Одновременно применение частоты описывается выражением:

   (3.2.13б)

    (3.2.13в)

Девиация частоты при ЧМ пропорциональна только амплитуде модулирующего колебания, а девиация фазы, (индекс угловой модуляции) пропорциональна амплитуде и обратно пропорциональна частоте модулирующего колебания.

Сигналы ФМ.

Для случая ФМ справедливо

(3.2.14)

С учетом (3.2.14) сигналы ФМ имеют вид:

  (3.2.15)

где — крутизна фазового модулятора, то есть коэффициент пропорциональности между изменением фазы и значением напряжения первичного сигнала.

Сопоставляя (3.2.15) и (3.2.11) можно видеть, что сигнал ЧМ можно получить и на выходе фазового модулятора (рис. 3.2.3в)

При модуляции тоном

  (3.2.15а)

где     (3.2.16)

  (3.2.16а)

    (3.2.16в)

Таким образом, при ФМ девиация фазы (индекс модуляции) пропорциональна только амплитуде модулирующего колебания, а девиация частоты пропорциональна как изменению амплитуды, так и изменению частоты модулирующего колебания.

Спектры сигналов с угловой модуляцией.

При модуляции тоном (периодическим сигналом) спектр сигналов угловой модуляции, очевидно, линейчатый. Основными свойствами этого спектра является:

симметрия относительно частоты ;

равенство интервала между составляющими линейчатого спектра частоте модулирующего колебания ;

однозначное определение амплитуд гармонических составляющих посредством единственного параметра — индекса угловой модуляции;

теоретически бесконечное количество составляющих спектра.

Правило определения амплитуд линейчатого спектра сигналов с угловой модуляцией.

Амплитуда любой (i-той) составляющей пропорциональна значению функции Бесселя первого рода i-того порядка для значения аргумента

— рис. 3.2.4

Для инструментального определения индекса ЧМ достаточно воспользоваться правилом:

,

то есть измерить девиацию частоты (девиаметром), частоту модулирующего колебания и вычислить их отношение.

Это правило справедливо для всех видов УМ.

Таким образом, преображение спектра однозначно связано со значениями индекса УМ. Поэтому вычислить индекс УМ можно непосредственно по изображению спектра (с меньшей точностью, чем при инструментальном методе).

Правило различения видов УМ по изображению спектра.

Чтобы различить сигналы ЧМ и ФМ необходимо изменить частоту модулирующего колебания. При этом в любом случае пропорционально изменится интервал между составляющими спектра. Однако при ФМ, ввиду независимости величины индекса  от частоты , амплитуда спектральных составляющих не измениться. При ЧМ изменится значение индекса модуляции и, следовательно, соотношения между амплитудами составляющих спектра.

Реальный спектр сигналов с УМ безусловно ограничен. В инженерной практике пользуются формулой для вычисления количества учитываемых составляющих реального спектра:

При модуляции случайным сигналом наибольшая ширина спектра обусловлена самой высокой частотной компонентой модулирующего сигнала .

С учетом свойств симметрии спектра его ширина определяется по формуле:

 (3.2.17)

Выражение (3.2.17) называется формулой Е. В. Манаева.

При  оказывается справедливым:

   (3.2.18)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38882. Методические указания к разработке экономической части дипломного проектирования с элементами УИРС 229 KB
  Балансовая стоимость оптовая цена единицы техники руб. Кi=Цi IКтрКмКс руб. 4 где Кi капитальные вложения по базовому и проектируемому вариантам руб.: Цi цена оборудования по вариантам руб.
38883. ПОДГОТОВКА И ЗАЩИТА ДИПЛОМНЫХ, ВЫПУСКНЫХ И КУРСОВЫХ РАБОТ 762 KB
  Лобачевского ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 4 Общие замечания 4 Выбор темы исследования 7 Взаимодействие с научным руководителем 7 Проблема исследования 9 Составление библиографии и работа с литературой 10 Оформление библиографического аппарата 13 Композиция исследования 18 Рубрикация текста 22 Язык и стиль изложения 24 Объем работы и правила её оформления 26 Основные принципы визуализации социологических данных 28 Защиты курсовой и выпускной работ 42 Защита дипломной работы 44 Приложение I. Образец заявления о выборе темы...
38884. Разработка САЙТА на cms joomla 2.5 2.1 MB
  Профессионально созданный сайт обеспечивает легкость его нахождения по запросам в поисковых системах, поскольку целевую аудиторию составляют пользователи, которые ищут конкретную информацию в Интернете. Постоянный контакт с клиентами и партнёрами позволяет оперативно реагировать на изменения рынка и проводить своевременную коррекцию. Кроме того, расходы на рекламу в Интернете значительно ниже, чем в традиционных средствах.
38885. Розробка програмного забезпечення для підтримки сайту виробничо-торгівельного підприємства 416.5 KB
  Сайт – це сукупність веб-сторінок, доступних у мережі Інтернет, які обєднані як за змістом, так і навігаційно. Фізично сайт може розміщуватися як на одному, так і на кількох серверах. Сайтом також називають вузол мережі Інтернет, компютер, за яким закріплена унікальна ІР-адреса, і взагалі будь-який обєкт в Інтернеті, за яким закріплена адреса, що ідентифікує його в мережі (FTP-site, WWW-site тощо).
38886. Человек, его права и свободы - высшая ценность 210.5 KB
  Общая характеристика прав человека и гражданина и становления конституционноправового института прав человека и гражданина 1. История развития прав человека и гражданина 1. Классификация прав и свобод человека и гражданина. Проблемы защиты и реализации основных прав и свобод человека и гражданина 3.
38887. Современное состояние и перспективы развития Пенсионного фонда РФ 51 KB
  1 НАЗВАНИЕ ПЕРВОГО ПАРАГРАФА Далее идет основной текст с абзацного отступа. Текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст.2 НАЗВАНИЕ ВТОРОГО ПАРАГРАФА Далее идет основной текст с абзацного отступа. Текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст текст.
38888. Средства моделирования беспроводных сенсорных сетей на базе протокола ZigBee с выбором наилучшего 3.33 MB
  Моделирование сети проводилось в программном пакете OMNET с использованием симулятора Cstli. В разделе Технологическая часть изложена полная установка и настройка программного пакета OMNET и симулятора Cstli на операционной системе Ubuntu 10.5 Структура каталогов OMNET и Cstli 60 2.1 построен симулятор различных протоколов беспроводных сенсорных сетей Cstli текущая версия 3.
38890. Створення презентації в програмі PowerPoint 2003 1.58 MB
  Можна вставити до презентації: малюнки графіку різне написання тексту надати колір тексту змінити фон презентації надати вашій презентації різних ефектних анімацій та інше.2 Основні елементи програми PowerPoint Після загрузки PowerPoint на екрані монітору відобразиться вікно Microsoft PowerPoint мал.3 Створення нової презентації PowerPoint В підрозділі Создание розділ вікна задач Создание презентации перераховані способи створення презентації мал. Клацнувши по пункті Из шаблона оформления відкриється вікно Дизайн слайда із колекції...