Импульсная модуляция

Модулирующую функцию в виде одиночного импульса можно представить двумя равенствами:

Такой сигнал, будучи непериодической функцией, имеет непрерывный спектр (рис. 1.5, б), который может быть найден с помощью формулы (1.6):

Непрерывный спектр состоит из бесконечно близких друг к другу бесконечно малых по амплитуде гармонических составляющих. Огибающая амплитуд гармоник выражается функцией типа лепестки которой быстро убывают с ростом аргумента.

После модуляции колебанием S(t) непрерывного синусоидального напряжения с частотой возникает сложный сигнал (рис. 1.5, в), спектр которого u(f) состоит из двух боковых полос. Одна из них совпадает по форме со спектром модулирующей функции (но меньше ее), другая является зеркальным отражением этого спектра — симметрична относительно несущей частоты (рис. 1.5, г).

Рис. 1.5. Импульсная модулирующая функция (а) и ее спектр (б).

Импульсно-модулированное колебание (в); его спектр

Оба спектра — как модулирующей функции, так и промодулированного колебания — в идеале бесконечно широки. Однако большая часть энергии спектра заключена в первом лепестке функции, .Тогда, пренебрегая гармоническими составляющими сигнала за пределами этой полосы частот, можем записать важное соотношение между длительностью импульса и шириной его спектра:

Это соотношение приближенно остается в силе и для импульсов другой формы. Нетрудно видеть, что спектр модулированного колебания в два раза шире спектра соответствующей модулирующией функции.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ СИГНАЛОВ

3.1. Описание лабораторного оборудования

Лабораторная установка включает:

– генератор Г

– анализатор спектра АС.

Генератор формирует сигнал, характеристики которого в дальнейшем исследуются.

На экране анализатора спектра изображается график, характеризующий амплитудный спектр сигнала.

В процессе выполнения работы:

– фиксируют форму спектра сигнала;

– сравнивают виды модуляции

– замеряют\получают некоторые данные по спектру.

Измерение АМ сигнала.

-Включить генератор, выставить уровень сигнала -30 дБм и задать амплитудную модуляцию.

Для этого на панели генератора (Рис.1) нажать на окно Modulation и выбрать из списка амплитудную модуляцию(Amplitude modulation)

Рис.1.

-Выставить на анализаторе спектра центральную частоту в 10 ГГц и установить размах посредством в несколько десятков кГц. Для этого на передней панели анализаторе спектра нажимаем клавишу FREQ и выставляем 10 ГГц. После нажимаем на клавишу SPAN, где уточняем размах.

Также можно выставить глубину модуляции(Modulation\ Amplitude modulation\Depth). Рекомендуемое значение в 50%.

На панели анализатора спектра можно увидеть изображение амплитудно-модулированного сигнала.

Рис.2.

Как видно из нижней шкалы, центральная частота находится на частоте 10 МГц(надпись Center 10 MHz). Каждому делению соответствует 520 Гц на рисунке. Для удобства расчетов округлим до 500 Гц или 0,5 кГц. Модулирующее колебание было равно 1 кГц, что видно на рисунке. Не зная НЧ-составляющую, можно легко узнать ее частоту из изображения на анализаторе спектра. Расстояние между главной гармоникой и боковыми равно 1 кГц, что соответствует выражению , где =10 МГц, а =1 кГц. Ширина изображения зависит от того, какой размах выбран на анализаторе спектра (span 5.2 kHz). Рекомендуемый размах варьируется в пределах от 5 до 30 кГц. Данный рисунок полностью соответствует теоретическому изображению АМ.

Рис.3 Изображение частотной модуляции.

Рис.4 Изображение частотной модуляции

Рис.5 Фазовая модуляция.

Импульсная модуляция

Аналогично получаются и другие виды модуляции. В данной работе помимо амплитудной следует получить фазовую(phase),частотную (frequency),внутриимпульсную линейную частотную (chirp),цифровую(digital),импульсную(impulse) модуляции.

Для того, чтобы задать нужную модуляцию, необходимо:

1)на генераторе в окне Frequency задать частоту.

2)на генераторе в окне Level задать уровень -30 дБм

3)на генераторе в окне Modulation задать вид модуляции.

4)на генераторе в окне Modulation в разделе LF Generators Gen1 поставить частоту в 1кГц(мы выставляем несущую частоту.здесь и далее она будет равна 1 кГц)

5) на генераторе включить окна RF и Mod.

6)на анализаторе спектра выставить центральную частоту, аналогичную генератору, нажатием кнопки Freq.

7)на анализаторе спектра выставить размах, удобный для проведения работы. Рекомендуемый размах от 5 до 30 кГц. Чтобы подчеркнуть различия между спектрами, оптимальная ширина 15 кГц.

Задание 1:аналогично амплитудной модуляции получить все остальные виды модуляции, доступные на генераторе. Зарисовать в отчет или сделать скриншот на экране с последующим воспроизведением на компьютере.

Задание 2:Измерение глубины модуляции на анализаторе спектра и ее сравнение на генераторе сигналов.

Настройки генератора:10МГЦ, -30дБм, ампл.модуляция,70% глубина,несущая частота 10 кГц.

1.Нажмите Preset на анализаторе спектра.

2.Задайте центр.частоту в 10 МГц и размах в 15 кГц.

3.Нажмите клавишу Meas на анализаторе спектра. В функциональном окне нажмите Modulation Depth.

На экране появятся 3 маркера. Центральный маркер будет выставлен на несущую частоту, на боковые маркеры выставлены на верхнюю и нижнюю боковые частоты.

В правом верхнем окне будет надпись MDepth(глубина модуляции, измеренная на анализаторе спектра). Сравнить с заданной глубиной и посчитать изменение в процентах.

Задание 3.Отображение НЧ-составляющей АМ-сигнала

Настройки генератора: 10 МГц,уровень -15 дБм, ампл.модуляция, 30% модуляция,несущая частота 5 кГц.

1.Нажмите Preset для возвращения к стандартным настройкам.

2.Выставить центральную частоту в 10 МГц и размах в 0 Гц.

3.Нажать клавишу Ampt и ввести значение в +6дБм.

4.Нажать функц.клавишу Range Linear.

5.Нажать клавишу Trig

6. Нажать функц.клавишу Video.

Получим НЧ-составляющую, которую необходимо зарисовать или сделать скриншот с дальнейшей демонстрацией.

Задание 4.Измерение фазового шума.

Настройки: частота 10 МГц, уровень -5 дБм

1.Нажмите Preset для возвращения в стандартные настройки.

2.Установите центральную частоту в 10 МГц, размах в 15 кГц.

3.Нажмите клавишу AMPT и задать значение в 0 дБм.

4.Нажмите клавишу MKR FCTN.

5.Нажмите функц.клавишу PHASE NOISE. Введите значение в 10 кГц.

6.Нажмите клавишу TRACE и далее функц.клавишу AVERAGE.

Содержание отчета о выполнении лабораторной работы

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1) осциллограммы (рисунки или фотографии) исследуемых сигналов;

2) результаты расчетов и заданий

3) спектрограммы (рисунки или фотографии) исследуемых сигналов, по- лученные с помощью анализатора спектра;

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется спектром сигнала?

2. Что такое модуляция?

3. Какой вид имеет ряд Фурье в тригонометрической форме?

4.Что такое амплитудная модуляция.

5.Что такое фазовая модуляция

6.Что такое частотная модуляция

7.Что такое импульсная модуляция

8.Существуют ли изображения одинаковые изображения спектров при разных видах модуляции?

9.Различие между фазовой и частотной модуляцией.

10.От чего зависит спектр частотной модуляции

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов / И.С. Гоноровский, М.П. Демин. – М.: Радио и связь, 1994. – 480 с.

2. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте: учеб. для вузов ж.-д. тр-та / Г.В. Горелов [и др.]. – М.: Транспорт, 1999. – 415 с.

3. Генератор импульсный Rohde&Schwarz. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

4. Анализатор спектра Rohde&Schwarz. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

5. http://extusur.net/

6. http://27kb.ru/

7. http://matlab.exponenta.ru/

8. http://science4you.ru/

Дата добавления: 2015-07-10