يعد تعديل السعة (AM) الطريقة الأبسط والأكثر شيوعًا في الهندسة الراديوية لدمج المعلومات في تذبذب عالي التردد. مع AM، يتغير غلاف سعة تذبذب الموجة الحاملة وفقًا لقانون يتزامن مع قانون التغيير في الرسالة المرسلة، في حين يتم الحفاظ على التردد والمرحلة الأولية للتذبذب دون تغيير. ولذلك، بالنسبة لإشارة راديوية مشكلة الاتساع، يمكن الاستعاضة عن التعبير العام (1.3) بما يلي:

يتم تحديد طبيعة المغلف A(t) حسب نوع الرسالة التي يتم إرسالها.

مع الاتصال المستمر (الشكل 3.1، أ)، يأخذ التذبذب المضمن الشكل الموضح في الشكل. 3.1، ب. ويتوافق شكل الغلاف A(t) مع وظيفة التعديل، أي مع الرسالة المرسلة s(t). الشكل 3.1، تم إنشاء b على افتراض أن المكون الثابت للدالة s(t) يساوي الصفر (في الحالة المعاكسة، قد لا يتطابق سعة تذبذب الموجة الحاملة أثناء التشكيل مع سعة التذبذب غير المشكل). أكبر تغيير في A(t) "لأسفل" لا يمكن أن يكون أكبر من . ومن الممكن أن يكون التغيير "التصاعدي" أعظم من حيث المبدأ.

المعلمة الرئيسية للتذبذب المشكل بالسعة هي معامل التعديل.

أرز. 3.1. وظيفة التعديل (أ) والتذبذب المشكل بالسعة (ب)

تعريف هذا المفهوم واضح بشكل خاص بالنسبة للتعديل النغمي، عندما تكون وظيفة التعديل عبارة عن تذبذب توافقي:

يمكن تمثيل غلاف التذبذب المعدل في النموذج

أين هو تردد التشكيل؟ - المرحلة الأولية للمظروف؛ - معامل التناسب؛ - سعة تغير الغلاف (الشكل 3.2).

أرز. 3.2. التذبذب المضمن في السعة بواسطة وظيفة توافقية

أرز. 3.3. سعة التذبذب مضمنة بتسلسل النبض

سلوك

يسمى معامل التعديل.

هكذا، قيمة لحظيةالتذبذب المعدل

مع التعديل غير المشوه، يختلف سعة التذبذب من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى.

وفقًا للتغير في السعة، يتغير أيضًا متوسط ​​قوة التذبذب المعدل خلال فترة التردد العالي. تتوافق قمم الغلاف مع قدرة أكبر بمقدار 1-4 مرات من قدرة تذبذب الموجة الحاملة. ويتناسب متوسط ​​القدرة خلال فترة التشكيل مع متوسط ​​مربع الاتساع A(t):

وتتجاوز هذه القوة قوة اهتزاز الموجة الحاملة بعامل واحد فقط. وبالتالي، مع التشكيل بنسبة 100% (M = 1)، تكون قدرة الذروة مساوية لمتوسط ​​القدرة (يتم الإشارة إلى قوة اهتزاز الموجة الحاملة بواسطة). ومن هذا يتبين أن الزيادة في قوة التذبذب الناتجة عن التشكيل والتي تحدد بشكل أساسي شروط عزل الرسالة عند الاستقبال حتى عند أقصى عمق التشكيل لا تتجاوز نصف قوة تذبذب الموجة الحاملة.

عند إرسال رسائل منفصلة، ​​وهي عبارة عن نبضات وتوقفات متناوبة (الشكل 3.3، أ)، يأخذ التذبذب المضمن شكل سلسلة من نبضات الراديو الموضحة في الشكل. 3.3، ب. وهذا يعني أن مراحل ملء التردد العالي في كل نبضة هي نفسها عندما يتم "قطعها" من تذبذب توافقي مستمر واحد.

فقط في ظل هذا الشرط الموضح في الشكل. في الشكل 3.3ب، يمكن تفسير تسلسل النبضات الراديوية على أنها تذبذب مُشكَّل في السعة فقط. إذا تغير الطور من نبضة إلى نبضة، فيجب أن نتحدث عن تعديل السعة والزاوي المختلط.

1 تصنيف أنواع التعديل والخصائص الأساسية للإشارات الراديوية.

لإجراء الاتصالات الراديوية، من الضروري تغيير إحدى معلمات موجة التردد الراديوي بطريقة أو بأخرى، والتي تسمى الموجة الحاملة، وفقًا لإشارة التردد المنخفض المرسلة. يتم تحقيق ذلك باستخدام تعديل التردد الراديوي.

ومن المعروف أن التذبذب التوافقي

تتميز بثلاثة معلمات مستقلة: السعة والتردد والمرحلة.

وبناء على ذلك، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التعديل:

السعة,

تكرار،

مرحلة.

تعديل السعة (AM) هو نوع من التأثير على اهتزاز الموجة الحاملة، ونتيجة لذلك يتغير اتساعها وفقًا لقانون الإشارة المرسلة (التعديل).

نفترض أن إشارة التعديل لها شكل تذبذب توافقي بتردد W

أقل بكثير من تردد الناقل ث.

نتيجة للتشكيل، يجب أن يتغير اتساع جهد تذبذب الموجة الحاملة بما يتناسب مع جهد إشارة التعديل uW (الشكل 1):

UAM = U + kUWcosWt = U + DUcosWt، (1)

حيث U هي سعة الجهد لتذبذب التردد الراديوي للحامل؛

DU=kUW - زيادة السعة.

معادلة التذبذبات ذات السعة، في هذه الحالة، تأخذ الشكل

UAM = UAM cosWt = (U + DUcosWt) coswt = U (1+cosWt) cosWt. (2)

وفقًا لنفس القانون، سيتغير تيار iAM أثناء التعديل.

الكمية التي تميز نسبة التغير في سعة التذبذبات DU إلى سعتها في غياب التشكيل U تسمى معامل التشكيل (العمق)

ويترتب على ذلك أن السعة القصوى للتذبذبات هي Umax = U + DU = U (1+m) والسعة الدنيا Umin = U (1-m).

كما هو واضح من المعادلة (2)، في أبسط الحالات، التذبذبات المعدلة هي مجموع ثلاث تذبذبات

UAM = U(1+ mcosWt)coswt = Ucoswt U/2+ cos(w - W)t U/2+ cos(w + W)t . (4)

المصطلح الأول هو تذبذبات المرسل في غياب التشكيل (الوضع الصامت). والثاني هو تذبذبات الترددات الجانبية.

إذا تم إجراء التعديل بواسطة إشارة معقدة منخفضة التردد مع طيف من Fmin إلى Fmax، فإن طيف إشارة AM المستقبلة يكون له الشكل الموضح في الشكل. لا يعتمد نطاق التردد Δfc الذي تشغله إشارة AM على m ويساوي

Δfс = 2Fmax. (5)

يؤدي حدوث تذبذبات التردد الجانبي أثناء التشكيل إلى الحاجة إلى توسيع عرض النطاق الترددي لدوائر المرسل (وبالتالي جهاز الاستقبال). يجب أن تكون كذلك

حيث س - عامل جودة الدائرة,

مدافع - التفجير المطلق،

Dfk - نطاق مرور الدائرة.

في الشكل. المكونات الطيفية المقابلة لترددات التشكيل المنخفضة (Fmin) لها إحداثيات أصغر.

ويفسر ذلك بالظروف التالية. بالنسبة لمعظم أنواع الإشارات (على سبيل المثال، الكلام) التي تدخل مدخل جهاز الإرسال، تكون اتساع مكونات الطيف عالية التردد صغيرة مقارنة بمكونات الترددات المنخفضة والمتوسطة. أما بالنسبة للضوضاء عند دخل الكاشف في جهاز الاستقبال، فإن كثافتها الطيفية ثابتة ضمن نطاق المرور

المتلقي ونتيجة لذلك، فإن معامل التشكيل ونسبة الإشارة إلى الضوضاء عند مدخل كاشف المستقبل للترددات العالية لإشارة التشكيل تكون صغيرة. لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء، يتم التأكيد على المكونات عالية التردد لإشارة التعديل أثناء الإرسال من خلال تضخيم المكونات عالية التردد بعدد أكبر من المرات مقارنة بمكونات التردد المنخفض والمتوسط، وعند الاستقبال قبل أو بعد الكاشف، يتم تخفيفها بنفس المقدار. يحدث توهين المكونات عالية التردد قبل الكاشف دائمًا تقريبًا في التردد العالي دوائر الرنينالمتلقي تجدر الإشارة إلى أن التركيز الاصطناعي على ترددات التشكيل العليا مقبول طالما أنه لا يؤدي إلى الإفراط في التشكيل (m > 1).

بناءً على مبدأ تبادل المعلومات، هناك ثلاثة أنواع من الاتصالات الراديوية:

الاتصالات الراديوية البسيطة؛

الاتصالات اللاسلكية المزدوجة؛

الاتصالات الراديوية نصف المزدوجة.

بناءً على نوع المعدات المستخدمة في قناة الاتصال الراديوي، يتم تمييز الأنواع التالية من الاتصالات الراديوية:

هاتف؛

تلغراف؛

نقل البيانات؛

الفاكس؛

تلفزيون؛

البث الإذاعي.

بناءً على نوع قنوات الاتصال الراديوي المستخدمة، يتم تمييز الأنواع التالية من الاتصالات الراديوية:

موجة سطحية

التروبوسفير.

الأيونوسفير.

نيزكي.

فضاء؛

تتابع الراديو.

أنواع الاتصالات الراديوية الموثقة:

الاتصالات التلغراف؛

نقل البيانات؛

اتصالات الفاكس.

الاتصالات التلغراف - لنقل الرسائل في شكل نص أبجدي رقمي.

نقل البيانات لتبادل المعلومات الرسمية بين شخص وجهاز كمبيوتر أو بين أجهزة الكمبيوتر.

اتصالات الفاكس لنقل الصور الثابتة عن طريق الإشارات الكهربائية.

1 – التلكس – لتبادل المراسلات الكتابية بين المنظمات والمؤسسات باستخدام الآلات الكاتبة ذات الذاكرة الإلكترونية.

2 – نص Tele (فيديو) – لتلقي المعلومات من الكمبيوتر إلى الشاشات؛

3 – الفاكس المكتبي – تستخدم أجهزة الفاكس للاستقبال (إما من المستخدمين أو من المؤسسات).

تُستخدم الأنواع التالية من إشارات الاتصالات الراديوية على نطاق واسع في شبكات الراديو:

A1 - في التعامل مع التذبذبات المستمرة؛

A2 - التلاعب بالتذبذبات المعدلة بالنغمة

إعلانات - A1 (B1) - OM مع حامل بنسبة 50%

AZA - A1 (B1) - OM مع حامل بنسبة 10%

AZU1 - A1 (Bl) - OM بدون ناقل

3. مميزات انتشار الموجات الراديوية بمختلف مدياتها.

انتشار موجات الراديو في نطاقات الميريمتر والكيلومتر والهكتومتر.

لتقييم طبيعة انتشار موجات الراديو لنطاق معين، من الضروري معرفة الخصائص الكهربائية للوسائط المادية التي تنتشر فيها موجة الراديو، أي. تعرف و ε A للأرض والغلاف الجوي.

القانون الحالي الإجمالي في شكل تفاضلي ينص على ذلك

أولئك. يؤدي التغير في تدفق الحث المغناطيسي بمرور الوقت إلى ظهور تيار التوصيل وتيار الإزاحة.

دعونا نكتب هذه المعادلة مع الأخذ في الاعتبار خصائص البيئة المادية:

λ < 4 м - диэлектрик

4 م< λ < 400 м – полупроводник

lect > 400 م – موصل

مياه البحر:

λ < 3 м - диэлектрик

3 سم< λ < 3 м – полупроводник

lect > 3 م – موصل

لموجة ميرياميتر (SVD):

λ = 10 ÷ 100 كم f = 3 ÷ 30 كيلو هرتز

والكيلومتر (DV):

λ = 10 ÷ 1 كم f = 30 ÷ 300 كيلو هرتز

النطاقات، يقترب سطح الأرض في بارامتراته الكهربائية من الموصل المثالي، والغلاف الأيوني لديه أعلى موصلية وأدنى ثابت عازل، أي. بالقرب من الموصل.

نطاقات RV (VLF وLW) لا تخترق عمليا الأرض والأيونوسفير، حيث تنعكس من سطحها ويمكن أن تنتشر على طول مسارات الراديو الطبيعية على مسافات كبيرة دون فقدان كبير للطاقة عن طريق الموجات السطحية والمكانية.

لأن وبما أن الطول الموجي لنطاق الموجات المترية (VHF) يتناسب مع المسافة إلى الحد الأدنى للأيونوسفير، فإن مفهوم الموجة البسيطة والسطحية يفقد معناه.

تعتبر عملية انتشار RV تحدث في دليل موجي كروي:

الجانب الداخلي - الأرض

الجانب الخارجي (ليلاً - الطبقة E، أثناء النهار - الطبقة D)

تتميز عملية الدليل الموجي بفقدان طاقة ضئيل.

عربة سكن متنقلة مثالية – 25 ÷ 30 كم

RV الحرج (التوهين القوي) - 100 كم أو أكثر.

الظواهر الكامنة: - الخبو، صدى الراديو.

الخبو (الخبو) نتيجة لتداخل المركبات RV التي سافرت في مسارات مختلفة ولها أطوار مختلفة عند نقطة الاستقبال.

إذا كانت الموجات السطحية والمكانية في الطور المضاد عند نقطة الاستقبال، فهذا يعني التلاشي.

إذا كانت الموجات المكانية في الطور المضاد عند نقطة الاستقبال، فهذا يعني أن هذا يتلاشى كثيرًا.

الصدى الراديوي هو تكرار للإشارة نتيجة الاستقبال المتسلسل للموجات المنعكسة من الغلاف الأيوني لعدد مختلف من المرات (بالقرب من صدى الراديو) أو الوصول إلى نقطة الاستقبال دون وبعد الدوران حول الكرة الأرضية (صدى الراديو البعيد).

يتمتع سطح الأرض بخصائص مستقرة، كما أن الأماكن التي يتم فيها قياس ظروف التأين الأيونوسفيري لها تأثير ضئيل على انتشار نطاق RV VLF، ثم تتغير كمية طاقة الإشارة الراديوية قليلاً على مدار يوم أو سنة أو في الظروف القاسية.

في نطاق موجة الكيلومتر، يتم التعبير عن كل من الموجات السطحية والمكانية بشكل جيد (ليلاً ونهارًا)، خاصة عند الموجات 3> 3 كم.

الموجات السطحية عند انبعاثها تكون زاوية ارتفاعها لا تزيد عن 3-4 درجات، كما تنبعث الموجات المكانية بزوايا كبيرة على سطح الأرض.

زاوية السقوط الحرجة لمدى RV km صغيرة جدًا (أثناء النهار على الطبقة D، وفي الليل على الطبقة E). تنعكس الأشعة ذات زوايا الارتفاع القريبة من 90 درجة من طبقة الأيونوسفير.

يمكن للموجات السطحية في نطاق الكيلومترات، نظرًا لقدرتها الجيدة على الحيود، توفير اتصالات عبر مسافات تصل إلى 1000 كم أو أكثر. ومع ذلك، فإن هذه الموجات تضعف بشكل كبير مع المسافة. (عند 1000 كم تكون الموجة السطحية أقل شدة من الموجة المكانية).

على مسافات طويلة جدًا، يتم الاتصال فقط بواسطة موجة الكيلومترات المكانية. وفي المنطقة ذات الشدة المتساوية للموجات السطحية والمكانية، يُلاحظ شبه التلاشي. إن شروط انتشار موجات الكيلومترات مستقلة عمليا عن الموسم ومستوى النشاط الشمسي وتعتمد بشكل ضعيف على الوقت من اليوم (في الليل يكون مستوى الإشارة أعلى).

نادرًا ما يتدهور الاستقبال في نطاق الكيلومترات بسبب التداخل الجوي القوي (العاصفة الرعدية).

عند الانتقال من CM (LW) km إلى نطاق الهكتومتر، تنخفض موصلية الأرض والأيونوسفير. ε من الأرض ويقترب ε من الغلاف الجوي.

الخسائر في الأرض تتزايد. تخترق الموجات أعمق في طبقة الأيونوسفير. على مسافة عدة مئات من الكيلومترات، تبدأ الموجات المكانية في السيطرة، لأن تمتصها الأرض وتضعف.

وعلى مسافة 50-200 كم تقريبًا، تكون الموجات السطحية والسماءية متساوية في الشدة وقد يحدث تلاشي على المدى القصير.

التجميد متكرر وعميق.

ومع انخفاض ، يزداد عمق الخبو بتناقص مدة الحجب.

ويكون الخبو قويًا بشكل خاص عند  أكبر من 100 متر.

ويتراوح متوسط ​​مدة الخبو من عدة ثوان (ثانية واحدة) إلى عدة عشرات من الثواني.

تعتمد ظروف الاتصال اللاسلكي في نطاق الهكتومتر (HF) على الموسم والوقت من اليوم، لأن تختفي الطبقة D، وتكون الطبقة E أعلى، وفي الطبقة D يوجد امتصاص كبير.

نطاق الاتصال في الليل أكبر منه في النهار.

وفي فصل الشتاء، تتحسن ظروف الاستقبال نتيجة لانخفاض كثافة الإلكترونات في الغلاف الأيوني وتضعف في المجالات الجوية. وفي المدن، يعتمد الاستقبال بشكل كبير على التدخل الصناعي.

الانتشارعربة سكن متنقلة- نطاق الديكامتر (HF).

عند الانتقال من SW إلى HF، تزداد الخسائر في الأرض بشكل كبير (الأرض عازلة غير كاملة)، بينما تنخفض في الغلاف الجوي (الأيونوسفير).

الموجات السطحية على المسارات الراديوية الطبيعية ذات التردد العالي ذات أهمية منخفضة (حيود ضعيف، امتصاص قوي).

المعلمات الأساسية للإشارة الراديوية. تعديل

§ قوة الإشارة

§ طاقة إشارة محددة

§ مدة الإشارة تيحدد الفاصل الزمني الذي توجد خلاله الإشارة (بخلاف الصفر)؛

§ النطاق الديناميكي هو نسبة أعلى قوة إشارة لحظية إلى أدنى قوة:

§ عرض طيف الإشارة F - نطاق التردد الذي تتركز فيه طاقة الإشارة الرئيسية؛

§ قاعدة الإشارة هي حاصل ضرب مدة الإشارة وعرض طيفها. وتجدر الإشارة إلى أن هناك علاقة عكسية بين عرض الطيف ومدة الإشارة: فكلما قصر الطيف، زادت مدة الإشارة. وبالتالي، يبقى حجم القاعدة دون تغيير عمليا؛

§ نسبة الإشارة إلى الضوضاء تساوي نسبة قدرة الإشارة المفيدة إلى قدرة الضوضاء (S/N أو SNR)؛

§ يحدد حجم المعلومات المرسلة عرض النطاق الترددي لقناة الاتصال المطلوب لإرسال الإشارة. يتم تعريفه على أنه حاصل ضرب عرض طيف الإشارة ومدته ونطاقه الديناميكي

§ كفاءة الطاقة (المناعة المحتملة للضوضاء) تميز موثوقية البيانات المرسلة عندما تتعرض الإشارة لضوضاء غوسية بيضاء مضافة، بشرط استعادة تسلسل الرموز بواسطة مزيل تشكيل مثالي. يتم تحديده بواسطة الحد الأدنى لنسبة الإشارة إلى الضوضاء (E b /N 0)، وهو أمر ضروري لنقل البيانات عبر قناة مع احتمال خطأ لا يتجاوز احتمالًا محددًا. تحدد كفاءة الطاقة الحد الأدنى من طاقة المرسل المطلوبة للتشغيل المقبول. من سمات طريقة التشكيل منحنى كفاءة الطاقة - اعتماد احتمال الخطأ لمزيل التشكيل المثالي على نسبة الإشارة إلى الضوضاء (E b /N 0).

§ الكفاءة الطيفية - نسبة معدل نقل البيانات إلى عرض النطاق الترددي المستخدم لقناة الراديو.

• أمبير: 0.83
• نمت: 0.46
• جي إس إم: 1.35

§ تميز مقاومة تأثيرات قناة الإرسال بموثوقية البيانات المرسلة عندما تتعرض الإشارة لتشوهات محددة: الخبو الناجم عن الانتشار متعدد المسارات، أو محدودية النطاق، أو التداخل المركز على التردد أو الوقت، أو تأثير دوبلر، وما إلى ذلك.

§ متطلبات خطية مكبر الصوت. لتضخيم الإشارات بأنواع معينة من التعديل، يمكن استخدام مكبرات الصوت غير الخطية من الفئة C، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة للمرسل، في حين أن مستوى الإشعاع خارج النطاق لا يتجاوز الحدود المسموح بها. هذا العامل مهم بشكل خاص لأنظمة الاتصالات المتنقلة.

تعديل(التعديل اللاتيني - الانتظام والإيقاع) - عملية تغيير واحد أو أكثر من معلمات تذبذب الموجة الحاملة عالية التردد وفقًا لقانون إشارة المعلومات منخفضة التردد (الرسالة).

يتم تضمين المعلومات المرسلة في إشارة التحكم (التعديل)، ويتم تنفيذ دور حامل المعلومات بواسطة تذبذب عالي التردد يسمى الناقل. وبالتالي فإن التعديل هو عملية "هبوط" تذبذب المعلومات على موجة حاملة معروفة.

ونتيجة للتشكيل، يتم نقل طيف إشارة التحكم ذات التردد المنخفض إلى منطقة التردد العالي. وهذا يسمح، عند تنظيم البث، بتكوين عمل جميع أجهزة الاستقبال والإرسال بترددات مختلفة بحيث لا "تتداخل" مع بعضها البعض.

يمكن استخدام التذبذبات كحامل أشكال مختلفة(مستطيلة، مثلثة، وما إلى ذلك)، ومع ذلك، غالبا ما تستخدم الاهتزازات التوافقية. اعتمادًا على أي من معلمات تذبذب الموجة الحاملة يتغير، يتم تمييز نوع التعديل (السعة، التردد، الطور، إلخ). تعديل إشارة منفصلةيسمى التعديل الرقمي أو القفل.

وزارة التعليم العام والمهني في الاتحاد الروسي

USTU-UPI سميت على اسم S.M. كيروف

الأسس النظرية للهندسة الراديوية

تحليل إشارات الراديو وحساب خصائص المرشحات المتطابقة المثلى

مشروع الدورة

ايكاترينبرج 2001

مقدمة

حساب ACF لإشارة معينة

خاتمة

قائمة الرموز

فهرس

خلاصة

لقد كانت المعلومات ذات قيمة دائمًا، ومع تطور البشرية، أصبحت المعلومات أكثر وفرة. لقد تحولت تدفقات المعلومات إلى أنهار ضخمة.

وفي هذا الصدد، نشأت العديد من مشاكل نقل المعلومات.

لقد تم دائمًا تقدير المعلومات لموثوقيتها واكتمالها، لذلك هناك صعوبة في نقلها دون فقدان أو تحريف. مع مشكلة أخرى عند اختيار الإشارة المثلى.

وينتقل كل هذا إلى الهندسة الراديوية، حيث يتم تطوير استقبال وإرسال ومعالجة هذه الإشارات. تتزايد سرعة وتعقيد الإشارات المرسلة باستمرار مع تعقيد المعدات.

للحصول على المعرفة وتوحيدها بشأن معالجة أبسط الإشارات، تتضمن الدورة التدريبية مهمة عملية.

في هذا العمل بالطبعيتم اعتبار رشقة متماسكة مستطيلة الشكل تتكون من نبضات راديوية شبه منحرفة (مدة القمة تساوي ثلث مدة القاعدة)، حيث:

أ) تردد الموجة الحاملة، 1.11 ميجاهرتز

ب) مدة النبضة (المدة الأساسية)، 15 ميكروثانية

ج) تردد التكرار، 11.2 كيلو هرتز

د) عدد النبضات في الحزمة، 9

بالنسبة لنوع إشارة معين، من الضروري إنتاج (تقليل):

حساب ACF

حساب طيف السعة وطيف الطاقة

حساب الاستجابة النبضية، المرشح المطابق

الكثافة الطيفية هي معامل التناسب بين طول فاصل ترددي صغير D ووالسعة المعقدة المقابلة للإشارة التوافقية D A مع التردد و 0.

يفتح التمثيل الطيفي للإشارات طريقًا مباشرًا لتحليل مرور الإشارات عبر فئة واسعة من الدوائر والأجهزة والأنظمة الراديوية.

يعد طيف الطاقة مفيدًا للحصول على تقديرات هندسية مختلفة تحدد العرض الطيفي الفعلي لإشارة معينة. ل القياس الكميدرجة اختلاف الإشارة ش (ر)ونسخته المهجورة ش(ر- ر)من المعتاد تقديم ACF.

دعونا نصلح لحظة زمنية عشوائية ونحاول اختيار الوظيفة بحيث تصل القيمة إلى أقصى قيمة ممكنة. إذا كانت هذه الوظيفة موجودة بالفعل، فإن المرشح الخطي المقابل لها يسمى مرشحًا مطابقًا.

مقدمة

تغطي الدورة التدريبية للجزء الأخير من موضوع "نظرية الإشارات والدوائر الهندسية الراديوية" أقسام الدورة المخصصة لأساسيات نظرية الإشارة والترشيح الخطي الأمثل لها.

أهداف العمل هي:

دراسة الخصائص الزمنية والطيفية للإشارات الراديوية النبضية المستخدمة في الرادار والملاحة الراديوية والقياس الراديوي عن بعد والمجالات ذات الصلة؛

اكتساب مهارات حساب وتحليل الارتباطات والخصائص الطيفية إشارات حتمية(وظائف الارتباط الذاتي وأطياف السعة وأطياف الطاقة).

في الدورة التدريبية لنوع معين من الإشارة، من الضروري:

حساب ACF.

حساب طيف السعة وطيف الطاقة.

الاستجابة النبضية للمرشح المطابق.

يتناول هذا المقرر حزمة متماسكة مستطيلة من نبضات الراديو شبه المنحرفة.

معلمات الإشارة:

تردد الموجة الحاملة (تردد ملء الراديو) 1.11 ميجاهرتز

مدة النبضة (المدة الأساسية) 15 ميكروثانية

تردد التكرار 11.2 كيلو هرتز

عدد النبضات في العبوة 9

وظيفة الارتباط التلقائي (ACF) للإشارة ش (ر)يعمل على قياس درجة اختلاف الإشارة ش (ر)ونسختها المهجورة زمنيا (0.1) وفي ر= 0 ACF يصبح مساويا لطاقة الإشارة. لدى ACF أبسط الخصائص:

خاصية التكافؤ:

أولئك. كش ( ر) =كش ( - ر).

عند أي قيمة للتحول الزمني روحدة ACF لا تتجاوز طاقة الإشارة: ½ كش ( ر) ½£ كش ( 0 ) ، والذي يتبع من عدم المساواة كوشي-بونياكوفسكي.

لذلك، يتم تمثيل ACF بمنحنى متماثل مع حد أقصى مركزي، وهو موجب دائمًا، وفي حالتنا فإن ACF له أيضًا طابع متذبذب. تجدر الإشارة إلى أن ACF يرتبط بطيف الطاقة للإشارة: ; (0.2) حيث ½ ز (ث) ½ مربع معامل الكثافة الطيفية. لذلك، من الممكن تقييم خصائص الارتباط للإشارات بناءً على توزيع طاقتها عبر الطيف. كلما كان نطاق تردد الإشارة أوسع، كلما كان الفص الرئيسي لوظيفة الارتباط الذاتي أضيق وكلما كانت الإشارة أكثر كمالا من وجهة نظر إمكانية قياس لحظة بدايتها بدقة.

غالبًا ما يكون من الملائم أكثر الحصول أولاً على وظيفة الارتباط الذاتي ثم استخدام تحويل فورييه للعثور على طيف الطاقة للإشارة. طيف الطاقة - يمثل الاعتماد ½ ز (ث) ½ من التردد.

تتمتع المرشحات المطابقة للإشارة بالخصائص التالية:

إن الإشارة عند خرج المرشح المطابق ووظيفة الارتباط لضوضاء الخرج لها شكل وظيفة الارتباط التلقائي لإشارة الدخل المفيدة.

بين الجميع المرشحات الخطيةوينتج المرشح المطابق النسبة القصوى لإشارة الذروة إلى ضوضاء جذر متوسط ​​التربيع عند الخرج.

حساب ACF لإشارة معينة

الشكل 1. انفجار متماسك مستطيل من نبضات الراديو شبه المنحرفة

في حالتنا، الإشارة عبارة عن حزمة مستطيلة من النبضات الراديوية شبه المنحرفة (مدة القمة تساوي ثلث مدة القاعدة) ( انظر الشكل 1)حيث يكون عدد النبضات N = 9، ومدة النبضة T i = 15 μs.

الشكل 2. تحويل نسخة من مغلف الإشارة

S3(ر)

S2 (ر)

S1 (ر)

فترة تكرار النبضة في الرشقة هي T ip » 89.286 μs، وبالتالي فإن دورة التشغيل q = T ip /T i = 5.952. لحساب ACF، نستخدم الصيغة ( 0.1) و التمثيل الرسومينسخة منقولة زمنيًا للإشارة باستخدام مثال نبضة شبه منحرفة (مغلف). للقيام بذلك، دعونا ننتقل إلى الشكل 2.لحساب الفص الرئيسي لـ ACF لغلاف الإشارة (شبه المنحرف)، فإننا نأخذ في الاعتبار ثلاث فترات:

بالنسبة لقيمة التحول T التي تنتمي إلى الفاصل الزمني من صفر إلى ثلث مدة النبضة، من الضروري حل التكامل:

لحل هذا التكامل، نحصل على تعبير للفص الرئيسي لـ ACF لإزاحة معينة لنسخة من غلاف الإشارة:

بالنسبة إلى T التي تنتمي إلى الفاصل الزمني من ثلث إلى ثلثي مدة النبضة، نحصل على التكامل التالي:

وبحلها نحصل على:

بالنسبة إلى T، التي تنتمي إلى الفاصل الزمني من ثلثي مدة النبضة إلى مدة النبضة، يكون التكامل على الشكل التالي:

وبالتالي، نتيجة للحل لدينا:

مع الأخذ في الاعتبار خاصية التناظر (التكافؤ) لـ ACF (انظر المقدمة) والعلاقة التي تربط ACF للإشارة الراديوية وACF لغلافها المعقد: لدينا وظائف للفص الرئيسي لـ ACF للغلاف ko (T) للنبض الراديوي وACF للنبض الراديوي Ks (T):

حيث تكون وظائف الإدخال بالشكل:

وهكذا على الشكل 3يُظهر الفص الرئيسي لـ ACF لنبض الراديو ومغلفه، أي. عندما، نتيجة لتحول نسخة الإشارة، عندما تكون جميع نبضات الاندفاع التسعة متضمنة، أي. ن = 9.

ويمكن ملاحظة أن ACF للنبض الراديوي له طبيعة تذبذبية، ولكن يوجد دائمًا حد أقصى في المركز. مع مزيد من التحول، فإن عدد النبضات المتقاطعة للإشارة ونسختها سوف ينخفض ​​بمقدار واحد، وبالتالي، السعة بعد كل فترة تكرار T ip = 89.286 μs.

لذلك، سيبدو ACF النهائي الشكل 4 ( 16 بتلة تختلف عن البتلة الرئيسية فقط في السعات) مع الأخذ بعين الاعتبار ذلك , أنه في هذا الشكل T = T الملكية الفكرية .:

أرز. 3. ACF للفص الرئيسي للنبضة الراديوية وغلافها

أرز. 4. ACF لانفجار متماسك مستطيل من نبضات الراديو شبه المنحرفة

أرز. 5. غلاف حزمة من نبضات الراديو.

حساب الكثافة الطيفية وطيف الطاقة

لحساب الكثافة الطيفية، سوف نستخدم، كما في حساب ACF، وظائف غلاف إشارة الراديو ( انظر الشكل 2)،والتي تبدو مثل:

وتحويل فورييه للحصول على وظائف طيفية، والتي، مع مراعاة حدود التكامل للنبضة n، سيتم حسابها باستخدام الصيغ:

لغلاف نبض الراديو و:

لنبض الراديو، على التوالي.

يظهر الرسم البياني لهذه الوظيفة في ( الشكل 5).

وللتوضيح، يوضح الشكل نطاقات تردد مختلفة

أرز. 6. الكثافة الطيفية لغلاف الإشارة الراديوية.

كما هو متوقع، يقع الحد الأقصى الرئيسي في المركز، أي. عند التردد ث = 0.

طيف الطاقة يساوي مربع الكثافة الطيفية وبالتالي يبدو الرسم البياني للطيف ( الشكل 6)أولئك. تشبه إلى حد كبير مخطط الكثافة الطيفية:

أرز. 7. طيف الطاقة لغلاف إشارة الراديو.

سيكون نوع الكثافة الطيفية لإشارة الراديو مختلفًا، لأنه بدلاً من حد أقصى واحد عند w = 0، سيتم ملاحظة حدين أقصى عند w = ±wo، أي. يتم نقل طيف نبضة الفيديو (غلاف إشارة الراديو) إلى منطقة التردد العالي مع خفض القيمة المطلقة للحد الأقصى إلى النصف ( انظر الشكل 7).سيكون نوع طيف الطاقة للإشارة الراديوية أيضًا مشابهًا جدًا لنوع الكثافة الطيفية للإشارة الراديوية، أي. سيتم أيضًا نقل الطيف إلى منطقة التردد العالي وسيتم أيضًا ملاحظة الحد الأقصى ( انظر الشكل 8).

أرز. 8. الكثافة الطيفية لحزمة النبضات الراديوية.

حساب الاستجابة النبضية والتوصيات لبناء مرشح مطابق

كما هو معروف، إلى جانب الإشارة المفيدة، غالبًا ما يكون هناك ضوضاء، وبالتالي، مع وجود إشارة مفيدة ضعيفة، يصعب أحيانًا تحديد ما إذا كانت هناك إشارة مفيدة أم لا.

لاستقبال إشارة منزاحة زمنياً على خلفية من الضوضاء الغوسية البيضاء (الضوضاء الغوسية البيضاء "BGS" لها كثافة توزيع موحدة) n (t) أي. ص (ر)= + n (t)، نسبة الاحتمال عند استقبال إشارة ذات شكل معروف لها الشكل:

أين لا- كثافة الضوضاء الطيفية.

لذلك، نتوصل إلى استنتاج مفاده أن المعالجة المثلى للبيانات المستلمة هي جوهر تكامل الارتباط

وتمثل الوظيفة الناتجة العملية الأساسية التي ينبغي إجراؤها على الإشارة المرصودة من أجل اتخاذ قرار على النحو الأمثل (من وجهة نظر معيار الحد الأدنى لمتوسط ​​المخاطر) بشأن وجود أو عدم وجود إشارة مفيدة.

ليس هناك شك في أن هذه العملية يمكن تنفيذها بواسطة مرشح خطي.

في الواقع، الإشارة عند مخرج المرشح ذات استجابة نبضية ز (ر)لديه النموذج:

كما يتبين، عندما يتم استيفاء الشرط ز(ص-س) = ك ×س(ص- ر)هذه التعبيرات متكافئة ثم بعد الاستبدال ر = ص-سنحصل على:

أين ل- ثابت، و ل- الوقت المحدد الذي يتم فيه ملاحظة إشارة الخرج.

مرشح مع مثل هذه الاستجابة الدافعة ز (ر) (انظر أعلاه) يسمى متسقًا.

من أجل تحديد الاستجابة النبضية، هناك حاجة إلى إشارة شارع)التحول إلى لإلى اليسار، أي. نحصل على الوظيفة ق (إلى + ر)،والوظيفة ق (إلى - ر)الحصول على النسخ المتطابقإشارة نسبة إلى محور الإحداثيات، أي. استجابة نبضيةسيكون حجم المرشح المطابق مساوياً لإشارة الدخل، وفي نفس الوقت نحصل على الحد الأقصى لنسبة الإشارة إلى الضوضاء عند إخراج المرشح المطابق.

بالنظر إلى إشارة الدخل الخاصة بنا، لبناء مثل هذا المرشح، يجب علينا أولاً إنشاء رابط لتشكيل نبضة شبه منحرفة واحدة، تظهر دائرتها في ( الشكل 9).

أرز. 10. وصلة لتشكيل نبضة راديوية بغلاف معين.

يتم توفير إشارة غلاف الإشارة الراديوية (شبه المنحرف في حالتنا) إلى مدخلات وصلة تكوين النبضة الراديوية ذات الغلاف المحدد (انظر الشكل 9).

يتم إنشاء إشارة توافقية بتردد حامل wо (في حالتنا 1.11 ميجاهرتز) في الوصلة التذبذبية، لذلك عند خرج هذا الرابط لدينا إشارة توافقية بتردد wо.

من خرج الارتباط التذبذبي، يتم تغذية الإشارة إلى المجمع وإلى وصلة خط تأخير الإشارة عند Ti (في حالتنا، Ti = 15 μs)، ومن خرج رابط التأخير، يتم تغذية الإشارة إلى شيفتر الطور (مطلوب بحيث لا توجد إشارة راديو عند مخرج الأفعى بعد نهاية النبضة) .

بعد شيفتر الطور، يتم تغذية الإشارة أيضًا إلى الأفعى. عند إخراج الأفعى، أخيرًا، لدينا نبضات راديو شبه منحرفة بتردد ملء الراديو، على سبيل المثال. إشارة ز (ر).

نظرًا لأننا نحتاج إلى الحصول على حزمة متماسكة مكونة من 9 نبضات فيديو شبه منحرفة، فمن الضروري تطبيق الإشارة g (t) على الرابط لتشكيل مثل هذه الحزمة، وهي دائرة تبدو كما في (الشكل 10):

أرز. 11. رابط تشكيل حزمة متماسكة.

يتم توفير الإشارة g (t)، وهي نبضة راديوية شبه منحرفة (أو سلسلة من نبضات راديوية شبه منحرفة)، إلى مدخل وصلة تكوين الرشقة المتماسكة.

بعد ذلك، تنتقل الإشارة إلى الأفعى وإلى كتلة التأخير، حيث يتم تأخير إشارة الإدخال لفترة النبضات في الحزمة. نصيحةمضروبا في عدد النبض ناقص واحد، أي. ( ن-1)،ومن إخراج جانب التأخير مرة أخرى إلى الأفعى .

وهكذا، عند إخراج وصلة تشكيل الرشقة المتماسكة (أي عند إخراج الأفعى) لدينا رشقة مستطيلة متماسكة من نبضات الراديو شبه المنحرفة، وهو ما يجب تنفيذه.

خاتمة

في سياق العمل، تم إجراء الحسابات المناسبة وتم إنشاء الرسوم البيانية منها، ويمكن الحكم على مدى تعقيد معالجة الإشارات. للتبسيط، تم إجراء الحسابات الرياضية في حزم MathCAD 7.0 وMathCAD 8.0. هذا العمليعد جزءًا ضروريًا من الدورة التدريبية حتى يكون لدى الطلاب فهم لميزات استخدام مختلف إشارات الراديو النبضية في الرادار والملاحة الراديوية والقياس الراديوي عن بعد، ويمكنهم أيضًا تصميم المرشح الأمثل، وبالتالي تقديم مساهمتهم المتواضعة في " النضال" للحصول على المعلومات.

قائمة الرموز

وو - تردد ملء الراديو؛

ث- تكرار

ت، ( ر) - التحول الزمني.

تي - مدة نبضة الراديو؛

نصيحة - فترة تكرار نبضات الراديو في الحزمة؛

ن - عدد نبضات الراديو في الحزمة؛

ر - وقت؛

فهرس

1. باسكاكوف إس. "دوائر وإشارات الهندسة الراديوية: كتاب مدرسي للجامعات في تخصص" الهندسة الراديوية"". - الطبعة الثانية، المنقحة. وإضافية - م: أعلى. المدرسة، 1988 - 448 ص: مريض.

2. "تحليل الإشارات الراديوية وحساب خصائص المرشحات المتطابقة المثلى: إرشادات للدورة التدريبية في دورة "نظرية الإشارات والدوائر الراديوية"" / Kibernichenko V.G.، Doroinsky L.G.، Sverdlovsk: UPI 1992.40 p.

3. "أجهزة التضخيم": كتاب مدرسي: دليل للجامعات. - م: الإذاعة والاتصالات، 1989. - 400 ص: مريض.

4. باكنغهام م. "الضوضاء في الأجهزة والأنظمة الإلكترونية" / ترجمة. من اللغة الإنجليزية - م: مير، 1986