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

Вопрос 1 (страница 1 из 3): 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. Исходное непрерывное сообщение (Рис. 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. 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 fв, где fв – 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 fв.

(Вопрос 1. Страница 2 из 3)

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).

Задачи анализа и синтеза

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.

(Вопрос 1. Страница 3 из 3)

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).

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

Вопрос 2

Динамическое представление сигналов с помощью функций включения и дельта -функций. Ортогональные сигналы.

Запишите выражение динамического представления с помощью функций включения сигнала вида s(t)=1+4t длительностью 12 мкс для последовательности моментов времени с шагом дискретизации 3 мкс. Изобразить соответствующий график.

Динамическое представление сигнала	Баскаков. РТЦиС	Стр. 16-17
Функция включения	Баскаков. РТЦиС	Стр. 17-19
Дельта –функция	Баскаков. РТЦиС	Стр. 19-21
Ортогональные сигналы	Баскаков. РТЦиС	Стр. 27-34

Решение задачи:

Если S₀=S(0) – начальное значение, то текущее значение сигнала при любом t приближенно равно сумме ступенчатых функций:

где - функция включения;

=3 мкс – шаг дискретизации;

=12 мкс – длительность сигнала;

- номер шага.

По полученному выражению построим график:

Вопрос 3 (страница 1 из 2)

Сущность спектрального представления сигналов. Спектральное представление периодического и непериодического сигнала.

Качественно построить графики временных и спектральных диаграмм периодической последовательности прямоугольных импульсов скважностью 2; 4; 2,5 (один под другим). Дать необходимые пояснения вида графиков и его зависимости от периода и длительности импульсов.

Спектральное представление сигналов	Баскаков. РТЦиС	Стр. 38
Спектральное представление периодических сигналов	Баскаков. РТЦиС	Стр. 38-40; 42-43
Спектральное представление периодических сигналов	Баскаков. РТЦиС	Стр. 43-47

Решение задачи:

скважность сигнала (отношение периода сигнала к длине импульса).

Даны скважности: q₁=2; q₂=4; q₃=2,5.

Если периоды всех трёх сигналов равны, то

Построим их временные диаграммы:

(Вопрос 3 страница 2 из 2)

Спектральная диаграмма периодического сигнала – графического изображения коэффициентов ряда Фурье:

где основная частота последовательности;

Для периодической последовательности прямоугольных импульсов выражения примут вид:

, где А – амплитуда импульса;

Окончательную форму ряда Фурье для данного случая можно записать в виде:

Построим спектральные диаграммы для 3-х случаев:

Вопрос 4. (страница 1 из 2)

Корреляционная функция сигналов и её свойства. Интервал корреляции. Функция корреляции дискретных сигналов.

Определить и построить график функции корреляции дискретного сигнала вида 1 -1 1 1 -1 1 1 -1. Дать необходимые пояснения вида функции.

Корреляционная функция сигналов и её свойства	Баскаков. РТЦиС	Стр. 77-79; Стр. 81 (заголовок 2)
Интервал корреляции	Баскаков. РТЦиС	Стр. 169 (абзац 1)
Функция корреляции дискретных сигналов	Баскаков. РТЦиС	Стр. 84-85

Решение задачи:

Функция автокорреляции:

.

1) Найдем функцию автокорреляции при нулевом смещении:

		-1			-1			-1
		-1			-1			-1

2) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=1:

		-1			-1			-1
			-1			-1			-1

3) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=2:

		-1			-1			-1
				-1			-1			-1

4) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=3:

		-1			-1			-1
					-1			-1			-1

5) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=4:

		-1			-1			-1
						-1			-1			-1

(Вопрос 4 страница 2 из 2)

6) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=5:

		-1			-1			-1
							-1			-1			-1

7) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=6:

		-1			-1			-1
								-1			-1			-1

8) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=7:

		-1			-1			-1
									-1			-1			-1

9) Найдем функцию автокорреляции при смещении n=8:

		-1			-1			-1
										-1			-1			-1

По значениям, найденным в пунктах 1-9, построим график функции автокорреляции.

Функция автокорреляции четная (), поэтому при построении можно ограничиться расчетом только одной из симметричных половин.

Энергия дискретного сигнала равна:

Вопрос 5.

Преобразование сигналов и их спектров в нелинейной радиотехнической цепи: определение, сущность, методы спектрального анализа. При каком способе аппроксимации ВАХ нелинейной цепи применяется каждый из них.

Привести пример аппроксимации ВАХ диода отрезками прямых для U_{отсечки}=0,3 В. Изобразить и для напряжения смещения Е=0,4 В. Чему равен угол отсечки?

Определение	Баскаков. РТЦиС	Стр. 274 (абзац 3)
Виды аппроксимации	Баскаков. РТЦиС	Стр. 276-278
Спектральный анализ	Баскаков. РТЦиС	Стр. 278-282

Решение задачи:

Угол отсечки импульсов тока определяется из равенства , откуда ,

где напряжение отсечки;

напряжение смещения;

из .

По полученным данным построим график:

Вопрос 6

Принцип нелинейного резонансного усиления. Энергетический выигрыш. Оптимальный угол отсечки.

Можно ли осуществить нелинейное резонансное усиление при углах отсечки 73⁰ и 160⁰. Дать необходимые пояснения.

Принцип работы нелинейного резонансного усилителя	Баскаков. РТЦиС	Стр. 283-284
Энергетический выигрыш	Баскаков. РТЦиС	Стр. 285
Оптимальный угол отсечки	Баскаков. РТЦиС	Стр. 284

Решение задачи:

В усилителях обычно стремятся максимально полно использовать источник питания, приближаясь к границе перенапряженного режима, тогда

где угол отсечки;

функции Берга.

Найдем КПД для двух заданных углов:

С точки зрения эффективности использования источника питания выгоден режим с малым углом отсечки (73⁰).

Вопрос 7 (страница 1 из 2)

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

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

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

Схема и диаграммы.

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

Ток в цепи нелинейного элемента

Используя следующее тригонометрические преобразование,

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.6.19.

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. 6.19).

(Вопрос 7страница 2 из 2)

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.

Решение задачи:

Пусть на вход цепи умножителя подан сигнал с характеристиками:

После прохождения через нелинейный элемент характеристики примут вид:

После прохождения через параллельный контур спектральная характеристика примет вид:

Вопрос 8.

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).

Определение	Баскаков. РТЦиС	Стр. 308
Схема	Баскаков. РТЦиС	Стр. 309 (Рис. «Схема преобразователя частоты»)
Описание схемы	Баскаков. РТЦиС	Стр. 308 («Преобразователь частоты состоит из…»)
Спектральные характеристики	Гоноровский. РТЦиС	Стр. 241 (рис. 8.32) Стр. 242 («В заключение следует…»)
Применение	Баскаков. РТЦиС	С. 309 (первый абзац)

Вопрос 9.

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.

Изобразить их графики для глубины модуляции 80%.

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

Решение задачи:

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

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

коэффициент амплитудной модуляции.

Изобразим графики спектральной и временной диаграмм:

Вопрос 10.

Энергетическое соотношение при АМ. Балансная модуляция, АМ ОБП. Балансный и кольцевой модуляторы.

Особенности спектра сигнала на их выходе. Ширина спектра выходного сигнала.

Энергетические характеристики АМ-сигнала	Баскаков. РТЦиС	Стр. 94-95
Балансная модуляция	Баскаков. РТЦиС	Стр. 98-99
АМ ОБП	Баскаков. РТЦиС	Стр.99-100
Балансный модулятор	Баскаков. РТЦиС	Стр. 293

Вопрос 11 (страница 1 из 2).

Дискретные виды модуляции (ДАМ, ДЧМ, ДФМ): определение, временные функции, временные диаграммы, ширина спектра.

Изобразить качественно спектральные диаграммы этих сигналов для скважности модулирующей последовательности прямоугольных импульсов 4, обозначив все частоты спектра.

На рис. 3.1 приведены формы сигнала при двоичном коде для различных видов дискретной или цифровой модуляции (манипуляции). При AM символу 1 соответствует передача несущего колебания в течение времени T (посылка), символу 0 — отсутствие колебания (пауза). При ЧМ передача несущего колебания с частотой ƒ1 соответствует символу 1, а передача колебания с частотой f0 соответствует 0. При двоичной ФМ меняется фаза несущей на π при каждом переходе от 1 к 0 и от 0 к 1.

На практике применяют систему относительной фазовой модуляции (ОФМ). В отличие от ФМ при ОФМ фазу сигналов отсчитывают не от некоторого эталона, а от фазы предыдущего элемента сигнала. Например, символ 0 передается отрезком синусоиды с начальной фазой предшествующего элемента сигнала, а символ 1 — таким же отрезком с начальной фазой, отличающейся от начальной фазы предшествующего элемента сигнала на π. При ОФМ передача начинается с посылки одного не несущего информации элемента, который служит опорным сигналом для сравнения фазы последующего элемента.

Вопрос 11 (страница 2 их 2).

В более общем случае дискретную модуляцию следует рассматривать как преобразование кодовых символов 0,1,..., m-1 определенные отрезки сигнала si(t), где i = 0,1,...m—1 — передаваемый символ. При этом вид сигнала si(t), в принципе, может быть произволен. В действительности его выбирают так, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к системе передачи информации (в частности, по скорости передачи и по занимаемой полосе частот), и чтобы сигналы хорошо различались с учетом воздействующих помех.

Длительность посылки первичного сигнала bn(t) при дискретной передаче определяет скорость передачи посылок (техническую скорость или скорость модуляции). Эта скорость выражается числом посылок, передаваемых за единицу времени. Измеряется техническая скорость в Бодах. Один Бод —это скорость, при которой за 1с передается одна посылка.

Вопрос 12 (страница 1 из 2)

Схемы получения АМ-сигнала на усилительных элементах (принцип работы, временные и спектральные диаграммы). Статическая модуляционная характеристика (СМХ)амплитудного модулятора, выбор по ней режима работы модулятора.

Искажения огибающей «сверху», «снизу», «двухсторонние».

Схема и принцип работы:

Вопрос 12 (страница 2 из 2)

Вопрос 13

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)?

Определение, сущность, схема.	Гоноровский. РТЦиС	Стр. 231
Временная и спектральная диаграммы	Гоноровский. РТЦиС	Стр. 232-234
Как влияют параметры RфСф	Гоноровский. РТЦиС	Стр. 234 с «Режим модулированного вздействия…» Стр. 234- рис. 8.27

Дата добавления: 2015-09-29