Работа 11. Линейные виды модуляции

и синхронное детектирова ние

 

Работа «Линейные виды модуляции и синхронное детектирование» предназначена для изучения процессов модуляции и детектирования сигналов с помощью параметрических преобразователей.

Она содержит шесть заданий:

1. Исследование формирования и детектирования АМ сигнала.

2. Исследование формирования и детектирования двухполосного с подавленной несущей (БМ) сигнала.

3. Исследование формирования и детектирования однополосного (ОМ) сигнала.

4. Исследование формирования сигналов с квадратурной модуляцией.

5. Исследование разделения и детектирования сигналов с квадратурной модуляцией.

6. Исследование влияния фаз опорных колебаний синхронных детекторов на разделение сигналов с квадратурной модуляцией.

 

Задание 1

Рассмотрите и зафиксируйте схему исследования, содержащую передатчик (параметрический модулятор) и приемник (два синхронных детектора (СД)).

Исследуйте процессы формирования и детектирования АМ сигнала параметрическими преобразователями. Для этого на входе s1(t) передатчика установите в качестве модулирующего сигнала последовательность униполярных треугольных импульсов с размахом А = 1 В, длительностью dT = 0, 3 мс, частотой следования F = 1 кГц. Такой сигнал можно получить от генератора сигналов (пункты меню «Сигналы» / «s1(t)»).

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) модулирующий s1(t) (т. 1),

2) на выходе перемножителя сигналов (т. 5),

3) на выходе ФНЧ (с F_в = 10 кГц) СД1 (т. 13),

4) на выходе ФНЧ (с F_в = 10 кГц) СД2 (т. 14).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

АМ сигнал можно получить на параметрической основе путем перемножения униполярного модулирующего сигнала и гармонического несущего колебания

.

Спектр такого произведения содержит само несущее колебание и две боковых полосы (ВБП и НБП).

Детектирование АМ сигнала возможно с помощью синхронного детектора (СД) без искажений независимо от уровня АМ сигнала.

Коэффициент детектирования СД пропорционален косинусу разности фаз входного и опорного колебаний, поэтому при их синфазности наблюдается максимальный эффект детектирования, а при их

ортогональности (фазовом сдвиге 90 градусов) эффект детектирования отсутствует.

 

Задание 2

Исследуйте процессы формирования и детектирования двухполосного с подавленной несущей (БМ) сигнала параметрическими преобразователями. Для этого на входе s1(t) передатчика установите в качестве модулирующего сигнала последовательность треугольных импульсов без постоянной составляющей с размахом А = 1 В, длительностью dT = 0, 3 мс, частотой следования F = 1 кГц. Такой сигнал можно получить от генератора сигналов (пункты меню «Сигналы» / «s1(t)»). Для исключения постоянной составляющей s1(t) следует включить разделительный конденсатор Ср канала.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) модулирующий s1(t) (т. 1),

2) на выходе перемножителя сигналов (т. 5),

3) на выходе ФНЧ (с F_в = 10 кГц) СД1 (т. 13),

4) на выходе ФНЧ (с F_в = 10 кГц) СД2 (т. 14).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

БМ (двухполосный с подавленной несущей) сигнал можно получить на параметрической основе путем перемножения переменной составляющей модулирующего сигнала и гармонического несущего колебания

.

Спектр такого произведения содержит две боковых полосы (ВБП и НБП) без несущего колебания.

Детектирование БМ сигнала возможно с помощью синхронного детектора (СД) без искажений независимо от уровня БМ сигнала.

Коэффициент детектирования СД пропорционален косинусу разности фаз несущего (отсутствующего во входном сигнале) и опорного колебаний, поэтому при их синфазности наблюдается максимальный эффект детектирования, а при их ортогональности (фазовом сдвиге 90 градусов) эффект детектирования отсутствует.

 

Задание 3

Исследуйте процессы формирования и детектирования однополосного (ОМ) сигнала параметрическими преобразователями. Для этого на входе s1(t) передатчика установите в качестве модулирующего сигнала последовательность импульсов косинусоидальной формы без постоянной составляющей с углом отсечки 90° (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц). На входе s2(t) установите преобразованный по Гильберту сигнал H[s1(t)] (пункты меню «Сигналы» / «s2(t) = H[s1(t)]»).

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) модулирующий s1(t) (т. 1),

2) сигнал s2(t) = H[s1(t)] (т. 2),

3) на выходе сумматора передатчика (т. 7),

4) на выходе ФНЧ (F_в = 10 кГц) СД1 (т. 13).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

ОМ (однополосный без несущей) сигнал можно получить путем сложения (вычитания) двух БМ сигналов, при получении которых следует использовать несущие и модулирующие сигналы, отличающихся только фазовыми сдвигами на –90 градусов (метод фазовой компенсации). Спектр такой суммы (разности) содержит одну боковую полосу без несущего колебания – НБП (при суммировании) или ВБП (при вычитании).

Необходимыми условиями получения ОМ сигнала на параметрической основе являются:

1) использование двух идентичных перемножителей сигналов,

2) использование двух несущих колебаний, отличающихся по фазе на 90°,

3) использование двух модулирующих колебаний, связанных преобразованием Гильберта, т.е. отличающихся между собой только фазовыми спектрами на 90°.

Детектирование ОМ сигнала возможно с помощью синхронного детектора (СД) без искажений при условии синфазности несущего (отсутствующего во входном сигнале) и опорного колебаний.

При Δ φ = 0

.

 

Задание 4

Исследуйте процессы формирования сигналов с квадратурной модуляцией параметрическими преобразователями. Для этого на входе s1(t) передатчика сохраните последовательность импульсов косинусоидальной формы (из задания 3) в качестве первого модулирующего сигнала, а на входе s2(t) в качестве второго модулирующего сигнала установите последовательность экспоненциальных импульсов (размах А = 1 В, длительность dT = 0, 2 мс, частота следования F = 1, 2 кГц).

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) модулирующий s1(t) (т. 1),

2) модулирующий сигнал s2(t) (т. 2),

3) на выходе перемножителя сигналов (т. 6),

4) на выходе сумматора передатчика (т. 7).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Сущность квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) заключается в передаче двух разных сигналов методами АМ или БМ на одной несущей частоте. Спектры этих сигналов полностью перекрываются. Для обеспечения возможности их разделения (на приемной стороне) используют ортогональные несущие колебания (с фазовым сдвигом 90 градусов)

.

 

Задание 5

Исследуйте процессы разделения и детектирования сигналов с квадратурной модуляцией синхронными детекторами (СД). Для этого сохраните модулирующие сигналы на входах s1(t) и s2(t) из задания 4.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) на выходе перемножителя СД1 (т. 11),

2) на выходе ФНЧ (F_в = 10 кГц) СД1 (т. 13),

3) на выходе перемножителя СД2 (т. 12),

4) на выходе ФНЧ (F_в = 10 кГц) СД2 (т. 14).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Разделение и детектирование сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ) обеспечивают два синхронных детектора, опорные колебание которых должны иметь фазовый сдвиг 90 градусов и быть попарно синфазными с соответствующими несущими колебаниями КАМ сигнала на входе. Тогда

, .

 

Задание 6

Исследуйте влияние погрешности восстановления фаз опорных колебаний в синхронных детекторах на разделение и детектирование сигналов с квадратурной модуляцией. Для этого сохраните модулирующие сигналы на входах s1(t) и s2(t) из задания 4. Фазовую погрешность можно вызвать изменением фазового сдвига сигнала в линии связи движковым регулятором «Фаза».

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов на выходах синхронных детекторов (СД) (при Fв = 10 кГц) в следующей последовательности по каналам:

при фазовом сдвиге 45°

1) на выходе СД1 (т. 13),

2) на выходе СД2 (т. 14),

при фазовом сдвиге 90°

3) на выходе СД1 (т. 13),

4) на выходе СД2 (т. 14).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

При отсутствии попарной синфазности опорных и соответствующих им несущих колебаний КАМ сигнала наблюдаются перекрестные искажения, суть которых во взаимном прохождении сигналов из одного канала в другой

,

,

где Δ φ – погрешность восстановления фазы опорного колебания в СД.

 

Контрольные вопросы

1. Какие виды модуляции являются линейными?

2. Укажите свойства модуляции: амплитудной (АМ), балансной (БМ), однополосной (ОМ).

3. Нарисуйте схемы получения сигналов АМ, БМ и ОМ.

4. Нарисуйте схемы детектирования сигналов АМ, БМ и ОМ.

5. Нарисуйте осциллограммы АМ и БМ сигналов.

6. Нарисуйте спектрограммы сигналов: АМ, БМ и ОМ.

7. Напишите аналитические выражения сигналов АМ, БМ и ОМ.

8. Как влияет погрешность восстановления фазы опорного колебания в синхронном детекторе на качество детектирования сигналов АМ, БМ и ОМ?

9. Как влияет неточность восстановления фазы опорного колебания в синхронном детекторе на качество разделения сигналов с КАМ?

10. Каковы особенности работы диодного детектора огибающей в режиме сильного сигнала?

11. Каковы особенности работы диодного детектора огибающей в режиме слабого сигнала?

12. Какова функция диода в детекторе огибающей?

13. Какова функция нагрузки в детекторе огибающей?

14. Определите ширину спектра АМ, БМ и ОМ сигналов по заданной полосе частот модулирующего сигнала.

 

Работа 12. Преобразование частоты на параметрической основе

 

Работа «Преобразование частоты на параметрической основе» содержит четыре задания:

1. Исследование преобразования частоты АМ сигнала, модулированного импульсами косинусоидальной формы.

2. Исследование преобразования частоты АМ сигнала, модулированного импульсами экспоненциальной формы.

3. Исследование преобразования частоты ФМ сигнала.

4. Исследование преобразования частоты БМ сигнала.

 

Задание 1

Рассмотрите и зафиксируйте схему исследования (передатчик), представляющую собой параметрический двухканальный преобразователь. В качестве гетеродина используется генератор гармонического колебания с частотой f_г = 20 кГц. На перемножители сигналов колебания гетеродина поступают с разностью фаз между каналами 90°.

Исследуйте процессы преобразования частоты модулированных сигналов в двухканальном параметрическом преобразователе. Для этого на входе s1(t) передатчика установите АМ сигнал с несущей частотой f = 15 кГц, модулированный последовательностью импульсов косинусоидальной формы (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц, угол отсечки 120°) (пункты меню «Сигналы» / «s1(t)») и выведите его по 1-му каналу наблюдения. На входе s2(t) установите сопряженный по Гильберту сигнал H[s1(t)] (пункты меню «Сигналы» / «s2(t) = H[s1(t)]») и выведите его по 2-му каналу наблюдения.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) входной АМ сигнал s1(t) (т. 1 – выведен),

2) АМ сигнал s2(t) = H[s1(t)] (т. 2 – выведен),

3) на выходе перемножителя сигналов (т. 5),

4) на выходе сумматора (т. 7).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Преобразователь частоты выполнен по двухканальной параметрической схеме. Каналы содержат перемножители сигналов, на входы которых поступают колебания гетеродина cos2пf_гt и АМ сигналы

A(t)cos2пf_ct с фазовыми сдвигами 90° между каналами (в квадратуре). Выходные сигналы каналов содержат составляющие комбинационных частот (f_c + f_г и f_c – f_г), которые складываются в сумматоре. Амплитудные спектры этих сигналов совпадают, а фазовые спектры суммарных частот (или разностных частот зависимости от сочетания знаков фазовых сдвигов 90° в фазовращателях) отличатся на 180°. В результате при их сложении в сумматоре составляющие с разностной частотой удваиваются, а с суммарной частотой компенсируются. Алгоритм работы преобразователя частоты имеет вид

при совпадающих знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90° или

при противоположных знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°.

Таким образом, преобразователь частоты осуществляет сдвиг спектра модулированного сигнала по оси частот на f_г с сохранением вида модуляции.

В данном задании знаки фазовых сдвигов в фазовращателях на 90° должны совпадать («–» и «–») и тогда реализуется алгоритм (1). Входной АМ сигнал с несущей частотой 15 кГц переносится на промежуточную частоту 20 – 15 = 5 кГц с сохранением вида и глубины модуляции.

 

Задание 2

Исследуйте процессы преобразования частоты модулированных сигналов в двухканальном параметрическом преобразователе. Для этого на входе s1(t) передатчика установите АМ сигнал с несущей частотой f = 30 кГц, модулированный последовательностью экспоненциальных импульсов (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц, длительность dT = 0, 2 мс) (пункты меню «Сигналы» / «s1(t)»), и выведите его по 1-му каналу наблюдения. На входе s2(t) установите сопряженный по Гильберту сигнал H[s1(t)] (пункты меню «Сигналы» / «s2(t) = H[s1(t)]») и выведите его по 2-му каналу наблюдения.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности (по каналам):

1) входной АМ сигнал s1(t) (т. 1 – выведен),

2) АМ сигнал s2(t) = H[s1(t)] (т. 2 – выведен),

3) на выходе перемножителя сигналов (т. 6),

4) на выходе сумматора (т. 7).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Преобразователь частоты выполнен по двухканальной параметрической схеме. Каналы содержат перемножители сигналов, на входы которых поступают колебания гетеродина cos2пf_гt и АМ сигналы

A(t)cos2пf_ct с фазовыми сдвигами 90° между каналами (в квадратуре). Выходные сигналы каналов содержат составляющие комбинационных частот (f_c + f_г и f_c – f_г), которые складываются в сумматоре. Амплитудные спектры этих сигналов совпадают, а фазовые спектры суммарных частот (или разностных частот зависимости от сочетания знаков фазовых сдвигов 90° в фазовращателях) отличатся на 180°. В результате при их сложении в сумматоре составляющие с разностной частотой удваиваются, а с суммарной частотой компенсируются. Алгоритм работы преобразователя частоты имеет вид

при совпадающих знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°

или

при противоположных знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°.

Таким образом, преобразователь частоты осуществляет сдвиг спектра модулированного сигнала по оси частот на f_г с сохранением вида модуляции.

В данном задании знаки фазовых сдвигов в фазовращателях на 90° должны различаться («–» и «+») и тогда реализуется алгоритм (2). Входной АМ сигнал с несущей частотой 15 кГц переносится на промежуточную частоту 20 + 15 = 35 кГц с сохранением вида и глубины модуляции.

 

Задание 3

Исследуйте процессы преобразования частоты модулированных сигналов в двухканальном параметрическом преобразователе. Для этого на входе s1(t) передатчика установите ФМ сигнал с несущей частотой f = 25 кГц, модулированный последовательностью импульсов косинусоидальной формы (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц, угол отсечки 120°) (пункты меню «Сигналы» / «s1(t)»), и выведите его по 1-му каналу наблюдения. На входе s2(t) установите сопряженный по Гильберту сигнал H[s1(t)] (пункты меню «Сигналы» / «s2(t) = H[s1(t)]») и выведите его по 2-му каналу наблюдения.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности (по каналам):

1) входной ФМ сигнал s1(t) (т. 1 – выведен),

2) ФМ сигнал s2(t) = H[s1(t)] (т. 2 – выведен),

3) на выходе перемножителя сигналов (т. 5),

4) на выходе сумматора (т. 7).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Преобразователь частоты выполнен по двухканальной параметрической схеме. Каналы содержат перемножители сигналов, на входы которых поступают колебания гетеродина cos2пf_гt и АМ сигналы

A(t)cos2пf_ct с фазовыми сдвигами 90° между каналами (в квадратуре). Выходные сигналы каналов содержат составляющие комбинационных частот (f_c + f_г и f_c – f_г), которые складываются в сумматоре. Амплитудные спектры этих сигналов совпадают, а фазовые спектры суммарных частот (или разностных частот зависимости от сочетания знаков фазовых сдвигов 90° в фазовращателях) отличатся на 180°. В результате при их сложении в сумматоре составляющие с разностной частотой удваиваются, а с суммарной частотой компенсируются. Алгоритм работы преобразователя частоты имеет вид

при совпадающих знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°

или

при противоположных знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°.

Таким образом, преобразователь частоты осуществляет сдвиг спектра модулированного сигнала по оси частот на f_г с сохранением вида модуляции.

В данном задании знаки фазовых сдвигов в фазовращателях на 90° должны совпадать («–» и «–») и тогда реализуется алгоритм (1). Входной ФМ сигнал с несущей частотой 25 кГц переносится на промежуточную частоту 25 – 20 = 5 кГц с сохранением вида и глубины модуляции.

 

Задание 4

Исследуйте процессы преобразования частоты модулированных сигналов в двухканальном параметрическом преобразователе. Для этого на входе s1(t) передатчика установите БМ сигнал с несущей частотой f = 13 кГц, модулированный последовательностью треугольных импульсов (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц, длительность 0, 3 мс) (пункты меню «Сигналы» / «s1(t)»), и выведите его по 1-му каналу наблюдения. На входе s2(t) установите сопряженный по Гильберту сигнал H[s1(t)] (пункты меню «Сигналы» / «s2(t) = H[s1(t)]») и выведите его по 2-му каналу наблюдения.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности (по каналам):

1) входной БМ сигнал s1(t) (т. 1 – выведен),

2) БМ сигнал s2(t) = H[s1(t)] (т. 2 – выведен),

3) на выходе перемножителя сигналов (т. 6),

4) на выходе сумматора (т. 7).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Преобразователь частоты выполнен по двухканальной параметрической схеме. Каналы содержат перемножители сигналов, на входы которых поступают колебания гетеродина cos2пf_гt и АМ сигналы

A(t)cos2пf_ct с фазовыми сдвигами 90° между каналами (в квадратуре). Выходные сигналы каналов содержат составляющие комбинационных частот (f_c + f_г и f_c – f_г), которые складываются в сумматоре. Амплитудные спектры этих сигналов совпадают, а фазовые спектры суммарных частот (или разностных частот зависимости от сочетания знаков фазовых сдвигов 90° в фазовращателях) отличатся на 180°. В результате при их сложении в сумматоре составляющие с разностной частотой удваиваются, а с суммарной частотой компенсируются. Алгоритм работы преобразователя частоты имеет вид

при совпадающих знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°

или

при противоположных знаках фазовых сдвигов в фазовращателях на 90°.

Таким образом, преобразователь частоты осуществляет сдвиг спектра модулированного сигнала по оси частот на f_г с сохранением вида модуляции.

В данном задании знаки фазовых сдвигов в фазовращателях на 90° должны различаться («–» и «+») и тогда реализуется алгоритм (2). Входной БМ сигнал с несущей частототой 13 кГц переносится на промежуточную частоту 20 + 13 = 33 кГц с сохранением вида и глубины модуляции.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: