Презентация Модуляция сигналов в измерительных системах онлайн

Содержание слайда: Лекция № 8 Модуляция сигналов в измерительных системах Под модуляцией понимается процесс изменения во времени одного или нескольких параметров сигнала-носителя в соответствии с алгоритмами передачи информации от одних преобразователей к другим. В качестве сигналов-носителей используют постоянное напряжение, гармонический сигнал, периодическую последовательность прямоугольных импульсов. Наиболее широко на практике применяют сигналы, формируемые путем модуляции гармонических колебаний в виде тока или напряжения. Поскольку у гармонического сигнала три параметра: амплитуда, круговая частота и начальная фаза, то модуляции может подвергаться любой из трех. Поэтому различают амплитудную модуляцию (АМ), частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Амплитудная модуляция Амплитудная модуляция заключается в изменении амплитуды несущего гармонического колебания по закону модулирующего воздействия (модулирующей функции). Пусть немодулированное несущее напряжение имеет вид: где – соответственно амплитуда, круговая частота и начальная фаза носителя. При амплитудной модуляции амплитуда носителя изменится по закону: где – коэффициент амплитудной модуляции (глубина модуляции), под которым понимают отношение наибольшего приращения амплитуды несущего колебания к амплитуде немодулированной несущей.

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Амплитудная модуляция Модулирующая функция характеризует воздействие на амплитуду носителя и должна быть задана в относительных единицах . Чтобы при АМ огибающая амплитуда носителя повторяла форму модулирующей функции без искажений, необходимо выполнение условия: . Коэффициент амплитудной модуляции характеризует глубину амплитудной модуляции: часто она задается в процентах. Нельзя допускать режима перемодуляции ( ), при котором форма огибающей перестает повторять форму модулирующего сигнала, и неизбежно искажение передаваемой информации.

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Тональная амплитудная модуляция Тональной называется модуляция, при которой модулирующая функция имеет вид гармонического сигнала с частотой : Мгновенное значение АМ сигнала имеет вид: После преобразования получим: Полученное выражение устанавливает спектральный состав тонального АМ сигнала.

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Тональная амплитудная модуляция Характеристика спектрального состава АМ сигнала: спектр АМ сигнала содержит частотные компоненты несущего сигнала и двух боковых частот: и ; спектр АМ сигнала не содержит спектральной составляющей с частотой модулирующей функции ; ширина спектра АМ сигнала равна , то есть вдвое превышает ширину спектра модулирующей функции; амплитуды верхнего и нижнего боковых колебаний, симметрично расположенных относительно частоты несущего сигнала, не могут превышать половины амплитуды немодулированного сигнала.

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Амплитудная модуляция Если модулирующая низкочастотная функция имеет сложный спектральный состав, например: где частоты образуют упорядоченную возрастающую последовательность , а амплитуды и начальные фазы произвольны, то выражение для АМ сигнала будет иметь вид:

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Введем совокупность парциальных (частичных) коэффициентов модуляции и запишем аналитическое выражение сложномодулированного (многотонального) АМ сигнала в форме: Спектральное разложение такого сигнала имеет вид: В спектре сложномодулированного АМ сигнала, помимо несущего сигнала, содержатся две группы верхних и нижних боковых частот, являющиеся масштабной копией спектра модулирующей функции, сдвинутой в область высоких частот на величину , и располагающиеся зеркально относительно несущей частоты .

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Если спектр модулирующей функции не линейчатый, а сплошной и сосредоточен в низкочастотной области, то общие закономерности амплитудной модуляции сохраняются: огибающая АМ сигнала связана с мгновенными значениями низкочастотной модулирующей функции; спектр АМ сигнала образуется несущей частотой и двумя всплесками, зеркально отражаемыми относительно частоты ; полоса частот, необходимая для передачи АМ сигнала, равна удвоенному значению наивысшей частоты (граничной частоты ) спектра модулирующей функции; при этом необходимо выполнение условия .

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах В измерительной технике амплитудная модуляция используется в следующих случаях: если среда, используемая для передачи сообщений, физически не может переносить сигналы низких частот, соответствующих спектру модулирующей функции , а может переносить сигналы более высоких частот (например, радиоканалы); при наличии в диапазоне частот, соответствующих спектру модулирующей функции, сильных помех или шумов (перенос сообщений в область более высоких частот устраняет или уменьшает влияние этих помех или шумов); при использовании кабельной линии для одновременной передачи нескольких сообщений вида от различных источников, если эти сигналы имеют перекрывающиеся частотные спектры, (модуляция носителей с различными несущими частотами позволяет разнести спектры сигналов).

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах После регистрации или передачи АМ сигнала по каналу связи необходимо осуществить его демодуляцию (детектирование), т.е. выделить модулирующую функцию, которая в неявном виде содержится в модулированном высокочастотном сигнале. По своему назначению детектирование является процессом, обратным процессу модуляции, поэтому детектирование тоже сопровождается трансформацией частотного спектра и не может быть осуществлено без применения нелинейных цепей или же линейных цепей с переменными параметрами. Амплитудный демодулятор можно представит в виде сочетания детектора (диода) с фильтром нижних частот ФНЧ. В детекторе происходит выделение среднего значения выходного напряжения, а ФНЧ подавляет высокочастотные составляющие .

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Угловая модуляция : фазовая модуляция (ФМ) и частотная модуляция (ЧМ). При фазовой модуляции модулирующая функция воздействует непосредственно на фазу гармонического сигнала, а при частотной модуляции функция воздействует непосредственно на частоту, а изменение фазы является следствием изменения частоты. При ЧМ мгновенная частота равна: , где –девиация частоты, равная максимальному изменению частоты в результате ЧМ. Так как полная фаза есть интегральное значение круговой частоты то ЧМ сигнал запишется в виде:

Содержание слайда: Модуляция сигналов в измерительных системах Угловая модуляция При ФМ модуляции: При этом мгновенная частота сигнала: где – девиация фазы, т.е. максимальное изменение начальной фазы при ФМ. Так как то модуляция фазы по закону приводит к модуляции частоты по закону , и по внешнему виду невозможно отличить ФМ сигналы от ЧМ сигналов.