Основные теоретические положения. С импульсной модуляцией

Цель работы

С импульсной модуляцией

Исследование спектров сигналов

РАБОТА

Формирование сигналов с импульсной модуляцией типа АИМ, ШИМ, ВИМ, исследование их временных и спектральных характеристик.

Ознакомление с методами формирования сигналов в радиоизмерительных системах с временным разделением каналов типа АИМ-АМ и ШИМ-АМ, исследование характеристик сигналов и амплитудных спектров в этих системах.

Визмерительно-вычислительных комплексах (ИВК) - автоматизированных средств измерений, предназначенных для исследования, контроля и испытаний сложных автономных объектов применяются различные типы систем передачи измерительной информации. В частности, широко применяются радиоизмерительные системы с временным уплотнением и разделением каналов, в которых используются импульсные модулированные колебания.

В лекции 2 была рассмотрена периодическая последовательность прямоугольных импульсов и ее амплитудный спектр.

Показано, что число гармоник в первом основном лепестке равно скважности импульсов T_п / t, а ширина спектра первого лепестка равна обратной длительности импульсов 1 /t.

Для исходных данных, приведенных в табл. 1, студенты должны изобразить осциллограмму последовательности импульсов прямоугольной формы для заданных значений T_п и t, а также амплитудный спектр последовательности.

Таблица 1

Последняя цифра шифра	0, 1	2, 3	4, 5	6, 7	8, 9
Период Тп, мкс	1,2	0,8	0,6	1,6	1,4
Длительность импульсов	0,2	0,08	0,1	0,2	0,14

Отмечалось, что при АИМ амплитуда импульсов изменяется в соответствии со значениями сообщения, а остальные параметры последовательности остаются неизменными:

u ₀ (t) = U ₀ ( 1 + M _A x(t)); t = const; T _П = const.

АИМ последовательность

Студенты, выполняя задание, должны изобразить осциллограмму АИМ последовательности для заданных значений T_п, t и f, а также её амплитудный спектр, используя данные табл. 1 и табл.2.

Таблица 2

Последняя цифра шифра	0, 1	2, 3	4, 5	6, 7	8, 9
Частота модулирующей синусоиды f, кГц	138.9		277.8	78.1	71.4

Последовательность АИМ формируется обычно с помощью ключей (рис.1).

Рис. 1. Схема формирования амплитудно-модулированной импульсной последовательности с помощью ключа

На один вход ключа поступает периодическая последовательность коротких прямоугольных импульсов u ₀ (t), а на другой – модулирующая функция u _x (t). Каждый коммутационный импульс открывает ключ на короткое время, в течение которого образуется выходной импульс с амплитудой, пропорциональной мгновенному значению сообщения.

Двуполярная АИМ последовательность

Двуполярная последовательность импульсов, называемая балансной, не содержит гармоники частоты повторения импульсов, т.е. этот вид модуляции имеет аналогию с АМ-ПН (рис. 2,б).

Рис. 2. Однополярная (а) и балансная (б) АИМ последовательности

Спектры этих сигналов различаются тем, что в спектре балансной АИМ отсутствуют все гармоники частоты повторения импульсов. Спектр однополярной АИМ приведен на рис. 3,а, спектр балансной АИМ – на рис. 3,б.

Спектр сигнала, пропорциональный сообщению x (t), расположен в полосе частот от 0 до F _В . Чтобы соседние участки спектра АИМ не перекрывались, необходимо выполнить условие F _П ³ 2 F _В .

Рис. 3. Части спектров однополярной (а) и балансной (б) АИМ

Осциллограммы и амплитудный спектр двуполярной последовательность импульсов приведены ниже.

ШИМ последовательность

ШИМ последовательность и её амплитудный спектр приводятся ниже.

Показано, что при ШИМ модулируется ширина (длительность) импульсов, а остальные параметры остаются неизменными. В видеоролике показана односторонняя ШИМ, когда положение переднего фронта остается неизменным относительно тактовой точки, а положение заднего среза меняется в соответствии с модулирующим сообщением.

В этом случае t (t) = t + Dt _m x(t); U ₀ = const; T _П = const, где Dt _m – девиация длительности импульса.

Последовательность ШИМ можно получать различными способами. Один из методов реализуется структурной схемой на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема модулятора ШИМ

Генератор импульсов, следующих с периодом T _П, запускает каждым импульсом генератор пилообразного напряжения и одновременно с этим переводит триггер из одного устойчивого состояния в другое. В момент, когда поступающее на схему сравнения модулирующее напряжение u _x (t) и пилообразное напряжение становятся равными, на выходе этой схемы формируется импульс, возвращающий триггер в первоначальное состояние.

В результате на выходе триггера формируется импульсная последовательность с ШИМ.

ВИМ последовательность

Время-импульсная модуляция (ВИМ). Другое название—фазо-импульсная модуляция (ФИМ).

При ВИМ модулируется положение импульсов t _k относительно тактовых точек t _ok немодулированной последовательности:

t _k = t _ok + Dt _m x(t); t = const; U ₀ = const,

где Dt _m – девиация импульса.

Рис. 5. Временные диаграммы получения ВИМ из ШИМ

Характерной особенностью импульсных видов модуляции является то, что спектр модулированной импульсной последовательности намного шире спектра модулирующего сообщения и простирается до частоты F _{В имп} » 1 / t.

В лекции 2 рассмотрены амплитудные спектры более сложных сигналов применяемых в радиоизмерительных комплексах автономных объектов. К таким сигналам относятся сигналы с двухступенчатой модуляцией, при которой сигналы уплотняются и затем модулируются.

Радиосигналы типа АИМ-АМ

Осциллограммы и амплитудный спектр сигналов 3-х канальной системы с двухступенчатой модуляцией типа АИМ-АМ.

Радиосигналы типа ШИМ-АМ

Осциллограммы и амплитудный спектр радиосигналов часто применяемой в системах радиоизмерений N канальной системы с двухступенчатой модуляцией типа ШИМ-АМ (приводятся ниже при N= 3).

Дата добавления: 2015-04-30