Через его квадратурные компоненты

Любой действительный сигнал можно записать в виде

.

,

где – косинусная,

– синусная

квадратурные компоненты сигнала ,

– комплексная огибающая.

Представление через квадратурные компоненты особенно полезно для узкополосных сигналов, у которых они оказываются медленно меняющимися функциями по сравнению с (при выборе внутри спектра сигнала ). Формально условие узкополосности сигнала «в расширенном смысле» можно записать следующим образом

, где – верхняя частота в спектре

Обработку узкополосных сигналов можно выполнить проще и точнее через обработку их квадратурных компонентов. Действительно, если выполняется условие узкополосности сигнала, то спектр комплексного сигнала вида

,

получаемого сдвигом спектра огибающей вверх на полностью располагается в области положительных частот, следовательно этот сигнал – аналитический и его мнимая часть является преобразованием Гильберта действительной части

.

Таким образом, можно считать, что преобразование Гильберта узкополосного сигнала сводится к сдвигу фаз на угол –90° гармонических колебаний и не затрагивает его квадратурных компонентов.

На рис 2.10 приведена векторная диаграмма аналитического сигнала. Она представляет собой комплексную плоскость с вращающим-ся и меняющим свою длину вектором .

Угловая скорость его вращения изменяется во времени по закону

.

 

Контрольные вопросы

1. Как выглядит квазигармоническая форма записи произвольного сигнала ?

2. Как определяют огибающую, фазу и мгновенную частоту сигнала ?

3. Почему задача определения огибающей и фазы сигналов не является однозначной?

4. Какой сигнал называют аналитическим?

5. В чём заключается преобразование Гильберта в частотной области?

6. Как схемотехнически реализуют преобразование Гильберта?

7. Напишите выражение передаточной функции преобразователя Гильберта.

8. Какова импульсная характеристика преобразователя Гильберта?

9. Напишите аналитическое выражение преобразования Гильберта во временной области.

10. Чем обратное преобразование Гильберта отличается от прямого?

11. Какая связь аналитического сигнала с символическим изображением гармонического колебания, используемым в символическом методе.

12. Каковы особенности спектра аналитического сигнала?

13. Как изменяется аналитический сигнал при сдвиге фаз всех его спектральных составляющих на один и тот же угол j?

14. Как с помощью аналитического сигнала записать операцию смещения спектра сигнала на Dw?

15. Что называют квадратурными компонентами сигнала?

16. Запишите аналитическое выражение сигнала через его квадратурные компоненты.

17. Как огибающая и фаза сигнала связаны с его квадратурными компонентами?

18. Почему обработку узкополосных сигналов проще и точнее реализуют через их квадратурные компоненты?

19. Что представляет собой векторная диаграмма аналитического сигнала?

Рекомендации по проведению экспериментальных

Исследований компонентов аналитического сигнала

 

Для закрепления полученных в разделе 2.5 знаний по квазигармоническому представлению сигналов целесообразно на базе лабораторной работы № 29 «Аналитический сигнал» провести экспериментальные исследования связи форм и спектров НЧ и ВЧ сигналов х (t) (от генератора сигналов) с их преобразованиями по Гильберту H[ х (t)], огибающими A (t), фазой Ф (t), квадратурными косинусной A c(t) и синусной компонентами A s(t) (рис. 2.11). Обратите внимание на существенное различие форм исходного и преобразованного по Гильберту сигналов при полной идентичности их амплитудных спектров. Полезно также наблюдать огибающие ВЧ сигналов с разными видами линейной модуляции (АМ, БМ и ОМ). Попробуйте на основании такого рода наблюдений определить связи огибающих ВЧ сигналов с соответствующими модулирующими НЧ сигналами.

При выполнении указанных работ не обязательно строго придерживаться имеющихся в них заданий. Используйте возможности ресурсов ВЛ для проведения исследований по своему усмотрению и желанию.

 

3. Преобразования сигналов