ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № 4
Модуляція сигналів
Радіозв’язок ведеться на частоті 3 МГц АМ сигналом з індексом модуляції 0,95. Спектр первинного сигналу 5010000 Гц, ефективне значення напруги несучої 7,1 В.Запишіть аналітичний вираз і визначте максимальне та мінімальне значення миттєвих потужностей, крайні частоти модульованого сигналу.
Сигнал радіомовлення передається на частоті 3 МГц з використанням амплітудної модуляції з індексом 0,9. Спектр первинного сигналу 3015000 Гц, пік-фактор К2А=15. Діюче значення напруги несучої 7,1В. Запишіть аналітичний вираз АМ-сигналу і частку потужності, зосереджену в бокових смугах.
У двох радіолініях використовується амплітудна модуляція. Потужність передавачів становить 4 кВт і 10 кВт, а глибина модуляції відповідно 80% і 40%. Визначте у, у якій радіолінії достовірність інформації буде вищою?
До резистивного навантаження 50 Ом прикладена АМ напруга EMBED Equation.3 В. Визначити відносну частку середньої потужності зосереджену в бокових смугах.
Заданий аналітичний вираз АМ-сигналу S(t)=10[1+0,95y(t)]cos(6106t) B. Пікфактор первинного сигналу К2А=10. Визначтее середню потужність вторинного сигналу та її відносну частку, зосереджену в бокових смугах.
АМ сигнал передається по каналу з об’ємом 103. Знайдіть допустиме значення коефіцієнту глибини модуляції, якщо смуга сигналу становить 100 Гц, а тривалість - 10 с.
Заданий аналітичний вираз ЧМ коливань. S(t)=5cos[2105t+6cos(2102t)+60o]. Визначте практичну ширину спектру і кількість гармонічних складових в межах цієї ширини.
Максимальна частота ЧМ сигналу fmax=2,01107 Гц, несуча частота fo=2107 Гц, а частота модулюючого сигналу F=104 Гц. Визначте девіацію частоти і фази, а також індекс модуляції. Запишіть вираз для повної фази модульованого сигналу.
Максимальна частота ЧМ сигналу fmax=2,01107 Гц, несуча частота fo=2107 Гц, а індекс модуляції - 5. Визначте девіацію частоти і фази, а також спектр первинного сигналу, який можна передати без спотворень.
Миттєва частота ЧМ сигналу змінюється в часі за законом EMBED Equation.3 рад/с. Запишіть аналітичний вираз такого сигналу, якщо А=10 В. Визначте девіацію частоти та індекс модуляції.
Частота вторинного ФМ сигналу змінюється за законом EMBED Equation.3 рад/с. Запишіть аналітичний вираз функції часу цього сигналу, якщо амплітуда несучої дорівнює 10 В. Знайдіть межі, в яких змінюється миттєва частота сигналу і порівняйте з практичною шириною спектру.
Для каналу радіозв’язку з використанням ФМ відведена смуга частот 100 кГц при несучій частоті 10 МГц. Яка найвища можлива частота FВ первинного сигналу за умови, що індекс модуляції має бути не меншим 5?
Радіостанція випромінює сигнал, що є продуктом фазової модуляції несучої 80 МГц первинним сигналом 15 кГц. Індекс модуляції дорівнює 12. Запишіть вираз для повної фази вторинного сигналу і знайдіть межі в яких змінюється миттєва частота сигналу.
Сигнал частотної системи телевимірювання, який змінюється в межах від 27 до 44 Гц, повторно модулюється для передачі по каналу зв’язку. Визначте практичну ширину спектру вторинного сигналу, коли використовуються такі види модуляції АМ-ОБС (mA=1), ЧМ(mч=5) і ФМ(mф=10).
Визначте миттєві значення сигналів ЧМ і ФМ при частоті несучої 10 кГц в моменти часу 0,1 c i 0,2 c, якщо девіація частоти і фази становить відповідно 100 Гц і 30 рад., а модулюючий сигнал описується функцією часу х(t)=at (a=10 1/c).
Телеграфний сигнал із швидкістю модуляції 50 Бод здійснює амплітудну, частотну або фазову маніпуляцію несучої 1140 Гц. Девіація частоти - 30 Гц, девіація фази =90о. Визначте необхідну ширину каналу зв’язку для передачі АМН-, ЧМН- та ФМН-сигналів і зобразіть їх спектри.
В каналоутворюючій апаратурі з амплітудною маніпуляцією ширина каналу становить 80 Гц. Визначте максимальну із 25%-ним запасом швидкість передачі імпульсів типу “меандр”, якщо допускається передача лише першої гармоніки.
Визначте число частотних телемеханічних каналів, яке може бути утворене в смузі стандартного тонального каналу, якщо швидкість та індекс модуляції становить відповідно 50 Бод та 2, а нестабільність несучої не перевищує 0,5%.
ЗАНЯТТЯ
Модуляція сигналів
1. Радіозв’язок ведеться на частоті 3 МГц АМ-сигналом з індексом модуляції 0,95. Спектр первинного сигналу 5010000 Гц, ефективне значення напруги несучої 7,1 В.Запишіть аналітичний вираз АМ-сигналу, визначте максимальне та мінімальне значення миттєвих потужностей та крайні частоти модульованого сигналу.
Задано
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Амплітудне значення напруги пов’язане з ефективним значенням (або діючим) таким чином:
EMBED Equation.3 .
Аналітичний вираз АМ-сигналу
EMBED Equation.3
Для однотональної АМ-модуляції
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
Максимальна частота в спектрі АМ-сигналу
EMBED Equation.3 .
Мінімальна частота в спектрі АМ-сигналу
EMBED Equation.3 .
2. Сигнал радіомовлення передається на частоті 3 МГц з використанням амплітудної модуляції з індексом 0,9. Спектр первинного сигналу 3015000 Гц, пік-фактор 15. Діюче значення напруги несучої 7,1В. Запишіть аналітичний вираз АМ-сигналу і частку потужності, зосереджену в бокових смугах.
Знаходимо амплітуду АМ-сигналу
EMBED Equation.3 .
Аналітичний вираз АМ-сигналу (див. задачу 1)
EMBED Equation.3
Потужність АМ-сигналу в загальному випадку:
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 – коефіцієнт амплітуди або пік фактор.
Частка потужності зосереджена в бічних смугах:
EMBED Equation.3
3. У двох радіолініях використовується амплітудна модуляція. Потужність передавачів становить 4 кВт і 10 кВт, а глибина модуляції відповідно 80% і 40%. Визначте у якій радіолінії достовірність інформації буде вищою?
Для АМ маємо такі енергетичні співвідношення:
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 – потужність несучого коливання; EMBED Equation.3 – потужність нижньої бічної смуги; EMBED Equation.3 – потужність верхньої бічної смуги.
EMBED Equation.3
Відповідну більшу достовірність інформації забезпечить радіолінія, в якій потужність корисного сигналу буде більшою. Для АМ-сигналу корисна інформація міститься в бічних смугах. Відповідно, корисна потужність, зосереджена в бічних смугах:
1. Для першої радіолінії:
EMBED Equation.3
2. Для другої радіолінії:
EMBED Equation.3
Отже, більшу достовірність інформації забезпечить перша радіолінія.
4. До резистивного навантаження 50 Ом прикладена АМ напруга EMBED Equation.3 В. Визначити відносну частку середньої потужності зосереджену в бокових смугах.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5. Заданий аналітичний вираз АМ-сигналу S(t)=10[1+0,95y(t)]cos(6106t) B. Пікфактор первинного сигналу К2А=10. Визначтее середню потужність вторинного сигналу та її відносну частку, зосереджену в бокових смугах.
Середня потужність АМ-сигналу (див. задача 2):
EMBED Equation.3
де EMBED Equation.3 – коефіцієнт амплітуди або пік фактор.
Частка потужності зосереджена в бічних смугах (див. задача 2):
EMBED Equation.3 .
6. АМ сигнал передається по каналу з об’ємом 104. Знайдіть допустиме значення коефіцієнту глибини модуляції, якщо смуга сигналу становить 100 Гц, а тривалість – 10 с.
Задано
VK = 104.
Fс = 100 Гц.
Tc = 10 с.
EMBED Equation.3 - ?
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
7. Заданий аналітичний вираз ЧМ коливання: S(t)=5cos[2105t+6cos(2102t)+60o]. Визначте практичну ширину спектру і кількість гармонічних складових в межах цієї ширини.
Ширина спектру ЧМ-сигналу:
EMBED Equation.3
Маємо EMBED Equation.3 Гц.
Повна фаза сигналу:
EMBED Equation.3
Миттєва фаза сигналу
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Девіація частоти – це максимальне відхилення миттєвої частоти від середнього значення:
EMBED Equation.3 Гц.
EMBED Equation.3 Гц.
Кількість гармонік:
EMBED Equation.3 гармонік.
8. Максимальна частота ЧМ сигналу fmax=2,01107 Гц, несуча частота fo=2107 Гц, а частота модулюючого сигналу F=104 Гц. Визначте девіацію частоти і фази, а також індекс модуляції. Запишіть вираз для повної фази модульованого сигналу.
Миттєва частота:
EMBED Equation.3
Девіація частоти:
EMBED Equation.3 Гц.
Індекс ЧМ:
EMBED Equation.3
Повна фаза сигналу:
EMBED Equation.3
Девіація фази – це максимальний фазовий зсув між модульованим і немодульованим сигналом:
EMBED Equation.3 рад.
9. Максимальна частота ЧМ сигналу fmax=2,01107 Гц, несуча частота fo=2107 Гц, а індекс модуляції – 5. Визначте девіацію частоти і фази, а також спектр первинного сигналу, який можна передати без спотворень.
Девіація частоти:
EMBED Equation.3 Гц.
Спектр первинного сигналу, який можна передати :
EMBED Equation.3 Гц.
Повна фаза сигналу:
EMBED Equation.3
Девіація фази:
EMBED Equation.3 рад.
10. Миттєва частота ЧМ сигналу змінюється в часі за законом EMBED Equation.3 рад/с. Запишіть аналітичний вираз такого сигналу, якщо EMBED Equation.3 В. Визначте девіацію частоти та індекс модуляції.
Загальний вираз ЧМ-сигналу:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Аналітичний вираз ФМ-сигналу
EMBED Equation.3
Знайдемо девіацію частоти:
EMBED Equation.3 .
Звідси EMBED Equation.3 рад/с.
Індекс ЧМ
EMBED Equation.3
11. Частота вторинного ФМ сигналу змінюється за законом EMBED Equation.3 рад/с. Запишіть аналітичний вираз функції часу цього сигналу, якщо амплітуда несучої дорівнює 10 В. Знайдіть межі, в яких змінюється миттєва частота сигналу і порівняйте з практичною шириною спектру.
Загальний вираз ФМ-сигналу:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Аналітичний вираз ФМ-сигналу
EMBED Equation.3
Межі зміни миттєвої частоти сигналу
EMBED Equation.3 рад/с.
EMBED Equation.3 рад/с.
EMBED Equation.3 рад/с.
Ефективна ширина спектру ФМ_сигналу
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 – верхняя частота в спектрі модулюючого (корисного) сигналу.
Згідно виразу
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 рад/с.
Зв’язок між індексом КМ та девіацією частоти
EMBED Equation.3
Отже
EMBED Equation.3 рад/с.
12. Для каналу радіозв’язку з використанням ФМ відведена смуга частот 100 кГц при несучій частоті 10 МГц. Яка найвища можлива частота FВ первинного сигналу за умови, що індекс модуляції має бути не меншим 5?
Ширина спектру ФМ-сигналу
EMBED Equation.3 Гц.
13. Радіостанція випромінює сигнал, що є продуктом фазової модуляції несучої 80 МГц первинним сигналом 15 кГц. Індекс модуляції дорівнює 12. Запишіть вираз для повної фази вторинного сигналу і знайдіть межі в яких змінюється миттєва частота сигналу.
Повна фаза вторинного сигналу
EMBED Equation.3
Аналітичний вираз ФМ-сигналу:
EMBED Equation.3
Вираз для миттєвої частоти:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 .
Девіація частоти
EMBED Equation.3 .
Миттєва частота змінюється в межах:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
14. Сигнал частотної системи телевимірювання, який змінюється в межах від 27 до 44 Гц, повторно модулюється для передачі по каналу зв’язку. Визначте практичну ширину спектру вторинного сигналу, коли використовуються такі види модуляції АМ-ОБС (mAМ-ОБС=1), ЧМ(mЧМ=5) і ФМ(mФМ=10).
Маємо EMBED Equation.3 Гц.
Ширина спектру АМ-ОБС-сигналу (mA=1):
EMBED Equation.3 Гц.
Ширина спектру ЧМ-сигналу (mЧМ=5):
EMBED Equation.3 Гц.
Ширина спектру ФМ-сигналу (mФМ=5):
EMBED Equation.3 Гц.
16. Телеграфний сигнал із швидкістю модуляції 50 Бод здійснює амплітудну, частотну або фазову маніпуляцію несучої 1140 Гц. Девіація частоти - 30 Гц, девіація фази =90о. Визначте необхідну ширину каналу зв’язку для передачі АМН-, ЧМН- та ФМН-сигналів і зобразіть їх спектри.
Амплітудна маніпуляція:
Спектр АМН-сигналу (f0 = 1140 Гц):
Ширина спектру АМН-сигналу
EMBED Equation.3 .
Швидкість модуляції
EMBED Equation.3 .
Тоді
EMBED Equation.3 Гц.
Частотна маніпуляція (ЧМН):
Спектр ЧМН-сигналу (f0 = 1140 Гц):
Ширина спектру ЧМН-сигналу
EMBED Equation.3
Величина EMBED Equation.3 називається девіацією частоти, тоді
EMBED Equation.3 Гц.
Фазова маніпуляція (ФМН):
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 - девіація фази.
Якщо s(t) приймає значення ±1, то маємо сигнали:
EMBED Equation.3 - співпадає по фазі з несучою;
EMBED Equation.3 - відрізняється по фазі на 180 град.
Спектр ФМН-сигналу містить ті самі складові, що і спектр АМН-сигналу, крім несучої частоти. Амплітуда цих складових в 2 рази більша.
Ширина спектру ФМН-сигналу
EMBED Equation.3 .
Швидкість модуляції
EMBED Equation.3 .
Тоді
EMBED Equation.3 Гц.
17. В каналоутворюючій апаратурі з амплітудною маніпуляцією ширина каналу становить 80 Гц. Визначте максимальну із 25%-ним запасом швидкість передачі імпульсів типу “меандр”, якщо допускається передача лише першої гармоніки.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Бод.
18. Визначте число частотних телемеханічних каналів, яке може бути утворене в смузі стандартного тонального каналу, якщо швидкість та індекс модуляції становить відповідно 50 Бод та 2, а нестабільність несучої не перевищує 0,5%.
В = 50 Бод; EMBED Equation.3 Гц; EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 .
Спектр ЧМН-сигналу складається з двох спектрів АМН-сигналу:
EMBED Visio.Drawing.6
Ширина спектру ЧМН-сигналу:
EMBED Equation.3
Величина EMBED Equation.3 називається девіацією частоти, а величина EMBED Equation.3 - індексом частотної маніпуляції, тоді EMBED Equation.3 .
Маємо
EMBED Equation.3 Бод.
EMBED Equation.3 Гц.
EMBED Equation.3 Гц.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Гц.
EMBED Equation.3 Гц.
EMBED Equation.3 каналів.