Обобщенная структурная схема радиотехнической системы

Обобщенная структурная схема радиотехнической системы

 

Обобщенная структурная схема радиотехнической системы. Назначение и функции входящих в неё узлов. Задачи анализа и синтеза. Информация, сообщение, сигнал.

Какое сообщение содержит в себе информацию для получателя, а какое нет, привести примеры. Какая задача (анализа, синтеза) решается студентом при прохождении производственной практики, если ему поручено оценить эксплуатационные показатели новой аппаратуры связи на действующих каналах связи.

Рисунок 6.1 Структурная схема радиотехнической системы.

Исходное непрерывное сообщение (Рис. 6.2) дискретизируется по времени, в результате чего получается импульсная последовательность, с огибающей соответствующей исходному непрерывному сигналу. Далее АИМ сигнал поступает в линию связи, в процессе прохождения которой, на полезный сигнал накладываются помехи.

Рисунок 6.2 Исходное непрерывное сообщение.

Рисунок 6.3 Спектр исходного сигнала.

Выделение из полученного дискретного сообщения непрерывного основывается на свойстве спектра дискретной импульсной последовательности, заключающемся в том, что нём присутствует составляющая исходного сообщения в полосе частот от 0 до f_в, где f_в – это верхняя частота исходного сигнала. Практически это реализуется с помощью фильтра нижних частот.

Импульсная характеристика ФНЧ имеет вид sin(x)/x, т.е. на каждый отсчёт на входе на выходе появляется функция sin(x)/x. Таким образом, в результате сложения всех откликов в любой момент времени на выходе фильтра получается сигнал u*(t), похожий на исходный u(t). Степень соответствия зависит от частоты дискретизации (чем больше частота дискретизации, тем выше качество, но и выше требования к пропускной способности канала связи), а так же от АЧХ фильтра – в идеале она должна представлять собой прямоугольник в интервале частот от 0 до f_в.

Рисунок 6.4 Импульсы на выходе генератора.

Рисунок 6.5 Сигнал на выходе дискретизатора.

Рисунок 6.6 Спектр АИМ сигнала.

Рисунок 6.7 Восстановленное непрерывное сообщение

Минимальное значение для частоты дискретизации - 2f_в, если же это условие не выполнить, то в спектре восстановленного сигнала будет отсутствовать верхняя часть спектра исходного сообщения (в большинстве случаев так и происходит, т.к. у реальных сигналов нет ярко выраженной f_в).

 

При решении задачи анализа, известна система, условия её работы, помеховая обстановка – требуется получить информацию о её выходных эксплуатационных характеристиках (помехоустойчивость, скорость передачи информации и т.д.)

При решении задачи синтеза, система неизвестна (её нужно создать). Известно: условия работы, требования к выходным характеристикам. Требуется: разработать (создать) структурную схему оптимальной системы.

Информация – совокупность сведений о каком-либо событии, явлении, которые увеличивают знания получателя о них.

Сообщение – форма представления (существования) информации. Оно определяет вид РТС и его название.

Сигнал – физическим процесс изменения во времени физического состояния какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщений.

 

Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию. Чем более неопределенна первоначальная ситуация (чем большее количество информационных сообщений возможно), тем больше мы получим новой информации при получении информационного сообщения (тем в большее количество раз уменьшится неопределенность знания).

 

Задача:

Какая задача (анализа, синтеза) решается студентом при прохождении производственной практики, если ему поручено оценить эксплуатационные показатели новой аппаратуры связи на действующих каналах связи.

В заданном случае, студентом решается задача анализа, т.к имеется известная система, характеристики которой нужно получить.

 

 

Умножение частоты

 

Умножение частоты (определение, схема, временные и спектральные диаграммы, применение). Оптимальный угол отсечки при умножении частоты.

 

Рекомендуемая литература:

1. Определение	Баскаков. РТЦиС	Стр. 285 (абзац 4)
2. Применение	Баскаков. РТЦиС	Стр. 285 (абзац 5)
3. Оптимальный угол отсечки	Баскаков. РТЦиС	Стр. 285 (последний абзац) - стр. 286

Схема и диаграммы.

Рисунок 6.13 Принципиальная схема умножителя частоты

 

6.14 Диаграмма работы умножителя частоты

 

Рассмотрим процесс умножения частоты. Для этой цели используем нелинейный элемент, характеристика которого описывается полиномом 2-ой степени. К нелинейному элементу подводится синусоидальное напряжение:

(6.11)

Ток в цепи нелинейного элемента

(6.12)

Используя следующее тригонометрические преобразование,

(6.13)

Из этого выражения следует, что ток, протекающий через нелинейный элемент, будет содержать постоянную составляющую, основную частоту w и вторую гармонику 2w. Видно, что степень полинома определяет номер гармоники, т.е. для получения 2-й гармоники необходимо использовать нелинейный элемент с чисто квадратичной характеристикой, описываемой полиномом 2-й степени, и т.д. Для выделения тока n-й гармоники фильтр в цепи нелинейного элемента (параллельный контур) должен быть настроен на частоту n-й гармоники. Спектральный состав тока, протекающего через нелинейный элемент в режиме умножения, показан на рис.6.15.

Однако, при использовании квадратичного (кубического) участка, которое имеет место при умножении слабого сигнала, амплитуда второй и высших гармоник оказывается очень малой. Более целесообразно использовать режим сильного сигнала. В этом случае характеристика нелинейного элемента описывается кусочно-линейной аппроксимацией (рис. 6.15).

Рисунок 6.15 Спектральный состав тока в цепи умножителя частоты

Рабочая точка лежит у изгиба характеристики. Для этой цели к нелинейному элементу должно быть приложено соответствующее отрицательное напряжение смещения. При отрицательных полуволнах входного синусоидального напряжения частотой w нелинейный элемент закрыт. Он открывается только при положительных полуволнах входного напряжения, и ток, протекающий через нелинейный элемент, принимает форму отсеченной косинусоиды. Полученные импульсы целиком определяются двумя величинами - амплитудой импульса тока Imax и углом отсечки q.

 

Задача:

Качественно построить графики временных и спектральных диаграмм, поясняющих умножение в 4 раза.

 

Решение задачи:

Пусть на вход цепи умножителя подан сигнал с характеристиками (рисунок 6.16):

Рисунок 6.16 Характеристики входного сигнала.

После прохождения через нелинейный элемент характеристики примут вид (рисунок 6.17):

Рисунок 6.17 Характеристики сигнала после НЭ

После прохождения через параллельный контур спектральная характеристика примет вид:

Рисунок 6.18 Спектр сигнала на выходе

 

6.8 Преобразование частоты

Преобразование частоты (определение, схема, временные и спектральные диаграммы, применение). Преобразование по частоте «вверх», «вниз», их практическое использование в радиотехнических системах (с иллюстрацией в частотной области).

 

Рекомендованная литература:

1. Определение	Баскаков. РТЦиС	Стр. 308
2. Схема	Баскаков. РТЦиС	Стр. 309 (Рис. «Схема преобразователя частоты»)
3. Описание схемы	Баскаков. РТЦиС	Стр. 308 («Преобразователь частоты состоит из…»)

 

Спектральные характеристики:

Рисунок 6.19 Спектр сигнала.

На рисунке 6.19а представлен спектр сигнала на входе преобразователя. На рисунке 6.19б – на его выходе.

Преобразование частоты «вниз» (w₁-w₂=w_пр) осуществляется в радиоприемных устройствах и во входных частях ретрансляторов радиорелейных линий (РРЛ). В выходных частях РРЛ производится восстановление входного сигнала путем выделения суммарной частоты: w_пр= w₁+w₂ (преобразование частоты «вверх»).

 

Амплитудная модуляция

Амплитудная модуляция: определение временная функция, временные диаграммы, спектр АМ-сигнала при модуляции простым гармоническим сообщением. Ширина спектра. Определение глубины модуляции по временной и спектральной диаграммам.

Рекомендуемая литература:

1. Определение	Баскаков. РТЦиС	Стр.92
2. Временная функция, временная диаграмма	Баскаков. РТЦиС	Стр. 93-94
3. Спектр АМ-сигнала	Баскаков. РТЦиС	Стр. 94, стр. 96 («Итак, в спектре…»)

 

Задача:

Изобразить их графики для глубины модуляции 80%.

 

Решение задачи:

При амплитудной модуляции связь между огибающей U(t) и модулирующим полезным сигналом s(t) принято определять следующим образом:

(6.14)

где постоянный коэффициент, равный амплитуде несущего колебания в отсутствие модуляции;

коэффициент амплитудной модуляции.

Изобразим графики спектральной и временной диаграмм (рисунки 6.20, 6.21):

Рисунок 6.20 Временная диаграмма.

Рисунок 6.21 Спектральная диаграмма

 

Кольцевой модулятор

Рисунок 6.22 Структурная схема кольцевого модулятора.

В схеме на рисунке 6.22 включены последовательно в кольцо в одном направлении четыре диода.

При идентичных диодах и небольших амплитудах входных сигналов, позволяющих аппроксимировать характеристики диодов полиномами третьей степени, кольцевой модулятор ведет себя как идеальный преобразователь- перемножитель двух входных сигналов.

Спектр его выходного напряжения имеет только боковые частоты w₀+W и w₀-W.

 

Детектирование АМ-сигнала

 

Детектирование АМ-сигнала (определение, сущность, схема, временные функции, временные и спектральные диаграммы).

Как влияют параметры RфСф на качество детектирования (иллюстрация на временной и спектральной диаграммах)?

 

 

 

Обобщенная структурная схема радиотехнической системы

 

Обобщенная структурная схема радиотехнической системы. Назначение и функции входящих в неё узлов. Задачи анализа и синтеза. Информация, сообщение, сигнал.

Какое сообщение содержит в себе информацию для получателя, а какое нет, привести примеры. Какая задача (анализа, синтеза) решается студентом при прохождении производственной практики, если ему поручено оценить эксплуатационные показатели новой аппаратуры связи на действующих каналах связи.

Рисунок 6.1 Структурная схема радиотехнической системы.

Исходное непрерывное сообщение (Рис. 6.2) дискретизируется по времени, в результате чего получается импульсная последовательность, с огибающей соответствующей исходному непрерывному сигналу. Далее АИМ сигнал поступает в линию связи, в процессе прохождения которой, на полезный сигнал накладываются помехи.

Рисунок 6.2 Исходное непрерывное сообщение.

Рисунок 6.3 Спектр исходного сигнала.

Выделение из полученного дискретного сообщения непрерывного основывается на свойстве спектра дискретной импульсной последовательности, заключающемся в том, что нём присутствует составляющая исходного сообщения в полосе частот от 0 до f_в, где f_в – это верхняя частота исходного сигнала. Практически это реализуется с помощью фильтра нижних частот.

Импульсная характеристика ФНЧ имеет вид sin(x)/x, т.е. на каждый отсчёт на входе на выходе появляется функция sin(x)/x. Таким образом, в результате сложения всех откликов в любой момент времени на выходе фильтра получается сигнал u*(t), похожий на исходный u(t). Степень соответствия зависит от частоты дискретизации (чем больше частота дискретизации, тем выше качество, но и выше требования к пропускной способности канала связи), а так же от АЧХ фильтра – в идеале она должна представлять собой прямоугольник в интервале частот от 0 до f_в.

Рисунок 6.4 Импульсы на выходе генератора.

Рисунок 6.5 Сигнал на выходе дискретизатора.

Рисунок 6.6 Спектр АИМ сигнала.

Рисунок 6.7 Восстановленное непрерывное сообщение

Минимальное значение для частоты дискретизации - 2f_в, если же это условие не выполнить, то в спектре восстановленного сигнала будет отсутствовать верхняя часть спектра исходного сообщения (в большинстве случаев так и происходит, т.к. у реальных сигналов нет ярко выраженной f_в).

 

При решении задачи анализа, известна система, условия её работы, помеховая обстановка – требуется получить информацию о её выходных эксплуатационных характеристиках (помехоустойчивость, скорость передачи информации и т.д.)

При решении задачи синтеза, система неизвестна (её нужно создать). Известно: условия работы, требования к выходным характеристикам. Требуется: разработать (создать) структурную схему оптимальной системы.

Информация – совокупность сведений о каком-либо событии, явлении, которые увеличивают знания получателя о них.

Сообщение – форма представления (существования) информации. Оно определяет вид РТС и его название.

Сигнал – физическим процесс изменения во времени физического состояния какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщений.

 

Если некоторое сообщение приводит к уменьшению неопределенности нашего знания, то можно говорить, что такое сообщение содержит информацию. Чем более неопределенна первоначальная ситуация (чем большее количество информационных сообщений возможно), тем больше мы получим новой информации при получении информационного сообщения (тем в большее количество раз уменьшится неопределенность знания).

 

Задача:

Какая задача (анализа, синтеза) решается студентом при прохождении производственной практики, если ему поручено оценить эксплуатационные показатели новой аппаратуры связи на действующих каналах связи.

В заданном случае, студентом решается задача анализа, т.к имеется известная система, характеристики которой нужно получить.