fm გადამცემის გადახრის მონიტორინგი. კუთხით მოდულირებული სიგნალები. სიხშირის (FM) და ფაზის (PM) მოდულაცია. ეს ვიდეო საუბრობს სიხშირის მოდულაციაზე

1.3.2. სიხშირეები სოფლის პირობებში ექსპერიმენტის ჩატარებისას, სიგნალი პორტატული გადამცემიდან მიიღო სხვა კორესპონდენტმა, რომელიც მდებარეობდა ჩემგან 22 მეტრში - მიიღო იმავე სიხშირეებზე მორგებულ იდენტურ რადიოსადგურზე, საინტერესო რამ შენიშნა

რადიოკომუნიკაციებში გამოყენებული მოდულაციის კიდევ ერთი გავრცელებული ტიპია სიხშირის მოდულაცია (FM), რომლის დროსაც გადამზიდავი სიხშირე იცვლება მოდულატორული სიგნალის შესაბამისად (ნახ. 15.1).

ბრინჯი. 15.1.სიხშირის მოდულაცია.

გაითვალისწინეთ, რომ მატარებლის ამპლიტუდა რჩება მუდმივი, მაგრამ სიხშირე იცვლება.

სიხშირის გადახრა

სიხშირის გადახრა არის ის ხარისხი, რომლითაც იცვლება გადამზიდავი სიხშირე, როდესაც სიგნალის დონე იცვლება 1 ვ-ით. სიხშირის გადახრა იზომება კილოჰერცში თითო ვოლტზე (kHz/V). დავუშვათ, მაგალითად, რომ 1000 kHz სიხშირის მქონე გადამზიდავი მოდულირებული უნდა იყოს კვადრატული ტალღის სიგნალით 5 ვ ამპლიტუდით (ნახ. 15.2). ასევე დავუშვათ, რომ სიხშირის გადახრა არის 10 kHz/V. შემდეგ, A-დან B-მდე დროის ინტერვალში, გადამზიდავი სიხშირე გაიზრდება 5 10 = 50 kHz-ით (სიგნალის ამპლიტუდის და სიხშირის გადახრის პროდუქტი) და გახდება 1000 kHz + 50 kHz = 1050 kHz. დროის ინტერვალში B-დან C-მდე, გადამზიდავი სიხშირე შეიცვლება იგივე რაოდენობით, კერძოდ 5 10 = 50 kHz, მაგრამ ამჯერად უარყოფითი მიმართულებით გადამზიდავი სიხშირის შემცირებით 1000 - 50 = 950 kHz.

ბრინჯი. 15.2.

მაქსიმალური გადახრა

გადამზიდავი სიხშირის ცვლილება, როდესაც სიგნალის დონე იცვლება, უნდა შემოიფარგლოს გარკვეული მაქსიმალური მნიშვნელობით, რომლის გადაჭარბებაც მიუღებელია. ამ მნიშვნელობას მაქსიმალური გადახრა ეწოდება. მაგალითად, BBC FM მაუწყებლებში გამოიყენება სიხშირის გადახრა 15 kHz/V და მაქსიმალური გადახრა 75 kHz. მოდულატორული სიგნალის მაქსიმალური სიდიდე განისაზღვრება მაქსიმალური დასაშვები გადახრით.

მაქსიმალური გადახრა ±75

მაქსიმალური სიგნალი = -------------- = -- = ±5 ვ

სიხშირის გადახრა 15

ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, 5 ვ დადებით ან უარყოფით რეგიონში.

გვერდითი სიხშირეები და გამტარობა

თუ გადამზიდავი მოდულირებულია ჰარმონიული სიგნალით, წარმოიქმნება გვერდითი სიხშირეების შეუზღუდავი რაოდენობა. გვერდითი კომპონენტების ამპლიტუდები თანდათან მცირდება, რადგან ამ კომპონენტების სიხშირე შორდება გადამზიდავი სიხშირეს.

ამრიგად, ყველა გვერდითი სიხშირის დასაკმაყოფილებლად, FM სისტემის გამტარუნარიანობა უნდა იყოს უსასრულო. პრაქტიკაში, FM სიგნალის მცირე ამპლიტუდის გვერდითი კომპონენტები შეიძლება უარყოფილი იყოს რაიმე შესამჩნევი დამახინჯების გარეშე. მაგალითად, BBC-ის FM მაუწყებლობა იყენებს 250 kHz სიხშირის დიაპაზონს.

შედარებაა.მ.- და FM მოდულაციის სისტემები

ამპლიტუდის სიხშირე

მოდულაციის მოდულაცია

1. მატარებლის ამპლიტუდა იცვლება ნარჩენების გასწვრივ

მუდმივი სიგნალით

2. გვერდითი სიხშირეები ორი თითოეული უსასრულისთვის

სიხშირეები სპექტრის რიცხვში

სიგნალი

3. ოკუპირებული გამტარობის 9 kHz 250 kHz სიხშირის დიაპაზონი

4. სიხშირის დიაპაზონი LW, MW. KB VHF

სიხშირის მოდულაციის უპირატესობები

FM მაუწყებლობას აქვს შემდეგი უპირატესობები პროგრამების AM მაუწყებლობასთან შედარებით.

1. FM სისტემა უზრუნველყოფს ხმის უკეთეს ხარისხს. ეს გამოწვეულია FM სიგნალის დიდი სიხშირის გამტარუნარიანობით, რომელიც ფარავს ჰარმონიის გაცილებით დიდ რაოდენობას.

2. FM ტრანსმისია აღწევს ხმაურის ძალიან დაბალ დონეს. ხმაური არის არასასურველი სიგნალები, რომლებიც ჩნდება გამომავალზე, ჩვეულებრივ გადამზიდველის ამპლიტუდის ცვლილების სახით. FM სისტემაში, ეს სიგნალები ადვილად აღმოიფხვრება გადამზიდის ამპლიტუდის ორმხრივი შეზღუდვით. ცვალებადი სიხშირით გადატანილი ინფორმაცია მთლიანად შენახულია.

ეს ვიდეო საუბრობს სიხშირის მოდულაციაზე:

ლექცია No12.

ჰარმონიული მატარებლის სიხშირის მოდულაცია.

სიხშირის მოდულაცია (FM) არის გადამზიდავი ტალღის სიხშირის შეცვლის პროცესი მოდულატორული სიგნალის გავლენის ქვეშ.

,

სად არის პროპორციულობის კოეფიციენტი.

კოეფიციენტი ე.წ სიხშირის გადახრა (ლათ. გადახრა– გადახრა) და ის უდრის მოდულირებული სიგნალის სიხშირის ყველაზე დიდ გადახრას გადამზიდავი სიხშირის მნიშვნელობიდან. FM სიგნალის სიხშირის ცვლილება ნაჩვენებია სურათზე, სადაც აღინიშნება სიხშირის გადახრა, რომელიც შეესაბამება სიხშირის ყველაზე დიდ დაღმავალ გადახრას, ვინაიდან .

სიხშირის გადახრა არის სიხშირის მოდულატორების ერთ-ერთი მთავარი პარამეტრი და შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები რამდენიმე ჰერციდან ასობით მეგაჰერცამდე მოდულატორებში სხვადასხვა მიზნებისთვის. თუმცა, ყოველთვის აუცილებელია, რომ პირობა დაკმაყოფილდეს.

FM სიგნალის მათემატიკური მოდელი ასეთია

იმის გამო, რომ იგი შედის ამ გამოხატულებაში ინტეგრალური ნიშნის ქვეშ, FM ხშირად უწოდებენ მოდულაციის ინტეგრალურ ტიპს.

ჰარმონიული მატარებლის ფაზის მოდულაცია.

ფაზის მოდულაცია (PM) არის მოდულირებული სიგნალის ფაზის გადახრის (ცვლის) პროცესი ხაზოვანიდან მოდულაციური სიგნალის გავლენის ქვეშ.

სად არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც ე.წ ფაზის გადახრა . ამ კოეფიციენტის ფიზიკური მნიშვნელობა ახსნილია ფიგურაში, რომელიც გვიჩვენებს მოდულატორულ სიგნალს და PM სიგნალის მთლიან ფაზას.

როდესაც სიგნალი იზრდება, მთლიანი ფაზა დროში უფრო სწრაფად იზრდება, ვიდრე ხაზოვანი კანონის მიხედვით. სიგნალის მნიშვნელობებზე სიჩქარე მცირდება. ხაზოვანიდან ფაზის გადახრის (ცვლის) აბსოლუტური მნიშვნელობა ყველაზე დიდია, როდესაც ის აღწევს უკიდურეს მნიშვნელობებს. ფიგურაში ნაჩვენებია მაქსიმალური ფაზის გადახრა ზემოთ და ქვემოთ. ყველაზე დიდი ფაზის გადახრა ხაზოვანიდან არის ფაზის გადახრა PM-ის დროს. სურათზე ნაჩვენები მაგალითში,. ფაზის გადახრა იზომება რადიანებში და შეიძლება მერყეობდეს ერთეულებიდან ათიათასობით რადიანამდე.

FM სიგნალის მათემატიკური მოდელი ასე გამოიყურება:

ერთი ტონის სიგნალები კუთხის მოდულაციით.

ერთი ტონით მოდულირებისას, FM და FM სიგნალების ანალიტიკურ გამონათქვამებს ჩაწერის სახით აქვთ ზუსტად იგივე ფორმა.

სად - მოდულაციის ინდექსი. განსხვავება მხოლოდ ინდექსის გაანგარიშების თანმიმდევრობაშია და მოდულატორული რხევის ფაზაში. FM-ში მოდულაციის ინდექსი არის მოდულირებული სიგნალის სიხშირის გადახრის თანაფარდობა მოდულაციური ჰარმონიული სიგნალის სიხშირეზე, ანუ. PM-ით, მოდულაციის ინდექსი არის მოდულირებული სიგნალის ფაზის გადახრის ტოლი მნიშვნელობა ჰარმონიული მოდულატორული სიგნალით, ანუ.

ამ ყველაფრიდან გამომდინარე, გამოდის, რომ სიხშირეზე მოდულირებული სიგნალი ამავდროულად მოდულირებულია ფაზაში. საპირისპირო განცხადება ასევე მართალია, ამიტომ FM და PM ზოგად შემთხვევაში ჰარმონიული მატარებლის კუთხური მოდულაციის ტიპებია.

ჰარმონიული მოდულატორული სიგნალით, FM და PM დროის დიაგრამებს ზუსტად იგივე გარეგნობა აქვთ. მათი გარჩევა შესაძლებელია მხოლოდ მოდულირებული სიგნალის მყისიერი ფაზის ცვლილების შედარებით მოდულაციური რხევის ცვლილების კანონთან.

სპექტრი კუთხით

მოდულაცია.

კუთხური მოდულაციის მქონე სიგნალები, ისევე როგორც AM, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ჰარმონიული რხევების ჯამის სახით. ეს შეიძლება გაკეთდეს შედარებით მარტივად ერთი ტონი მოდულაციის საშუალებით. ვინაიდან FM და FM სიგნალების დროის დიაგრამები თითქმის იდენტურია, მათი სპექტრებიც დაემთხვევა, იმ პირობით, რომ . კუთხის მოდულაციით სიგნალების სპექტრის ასაგებად გამოიყენეთ შემდეგი ფორმულა:

,

სად არის არგუმენტის მე-4 რიგის ბესელის ფუნქცია.

AM სიგნალებისგან განსხვავებით, სპექტრითუნდაც ერთი ტონიანი კუთხის მოდულაცია რთულია. ეს სპექტრი თავისთავად შედგება: ჰარმონიული კომპონენტისგან გადამზიდავი სიხშირით, ზედა გვერდითი ზოლი– ჰარმონიული კომპონენტების ჯგუფები სიხშირით და ქვედა გვერდითი ზოლი– ჰარმონიული კომპონენტების ჯგუფები სიხშირით. მაღალი და დაბალი გვერდითი სიხშირეების რაოდენობა თეორიულად უსასრულოა. გვერდითი ჰარმონიული ვიბრაციები განლაგებულია სიმეტრიულად მანძილის მიმართ. სპექტრის ყველა კომპონენტის ამპლიტუდა, სიხშირის ჩათვლით, პროპორციულია.

სპექტრული დიაგრამების დეტალური ანალიზისა და მშენებლობისთვის საჭიროა ბესელის ფუნქციების ცოდნა სხვადასხვა მნიშვნელობებისთვის და. მათი ნახვა შეგიძლიათ მათემატიკური საცნობარო წიგნებში.

ბესელის ფუნქციების გრაფიკები.

ეს ფიგურა გვიჩვენებს ბესელის ფუნქციების გრაფიკებს , .

ვინაიდან კუთხური მოდულაციის სპექტრის სპექტრული კომპონენტების რაოდენობა თეორიულად უსასრულობის ტოლია, თქვენ უნდა გადაწყვიტოთ რამდენი მათგანი აიღოთ სპექტრული დიაგრამის ასაგებად. ეს ყველაფერი დამოკიდებულია იმ კომპონენტებზე, თუ რა ამპლიტუდის მნიშვნელობებს ვტოვებთ. პრაქტიკაში, მიჩნეულია, რომ ყველა სპექტრული კომპონენტი, რომელთა რიცხვი (დონე არის მატარებლის დონის 5%-ზე ნაკლები) შეიძლება უგულებელყოფილი იყოს. აქედან გამომდინარეობს, რომ კუთხით მოდულირებული სიგნალების სპექტრული სიგანე

,

სად არის მოდულატორული სიგნალის სიხშირე. მოდულირებული სიგნალის მაღალი სიზუსტით გადასაცემად, ზოგჯერ მიჩნეულია, რომ აუცილებელია სპექტრული კომპონენტების გათვალისწინება გადამზიდავი დონის მინიმუმ 1% დონის მქონე. შემდეგ, კუთხით მოდულირებული სპექტრის სიგანე

თუ , მაშინ განიხილება კუთხოვანი მოდულაცია ვიწროზოლიანიდა მისი სპექტრის სიგანე შედარებულია ამპლიტუდის მოდულაციის სპექტრის სიგანესთან. თუ , მაშინ კუთხოვანი მოდულაცია არის ფართოზოლოვანიდა მისი გამტარუნარიანობა დაახლოებით ორჯერ უდრის სიხშირის გადახრას.

კუთხოვანი მოდულაციები, განსაკუთრებით ფართოზოლოვანი, აქვთ უფრო დიდი ხმაურის იმუნიტეტი, ვიდრე ამპლიტუდის მოდულაცია, რის გამოც ისინი გამოიყენება საკომუნიკაციო სისტემებში მაღალი ხარისხის შეტყობინებების გადაცემისთვის. თუმცა, ეს მნიშვნელოვნად აფართოებს მოდულირებული სიგნალის სიხშირის დიაპაზონს.

მაგალითად, მოცემულია მოდულირებული სიგნალის ანალიტიკური გამოხატულება. სპექტრული დიაგრამა ამ შემთხვევაში ასე გამოიყურება

სიგნალების სპექტრული დიაგრამა ერთტონიანი კუთხური მოდულაციით ზე.

მსოფლიო ჩემპიონატის დამახასიათებელი სხვა რაოდენობა

• სიხშირის მოდულაციის ინდექსი- სიხშირის გადახრის თანაფარდობა მოდულატორული სიგნალის სიხშირესთან.

მეტროლოგიური ასპექტები

გაზომვები

• დევიომეტრები გამოიყენება სიხშირის გადახრის გასაზომად, ასევე არსებობს არაპირდაპირი გაზომვის მეთოდი - ბესელის ფუნქციების გამოყენებით, რაც უზრუნველყოფს მაღალ სიზუსტეს.
• სიხშირის გადახრის საცნობარო ზომებია სპეციალური გადამოწმების დანადგარები - სიხშირის გადახრის მრიცხველების კალიბრატორები (ინსტალაცია REEDCH-1).

სტანდარტები

• სიხშირის გადახრის ერთეულის სახელმწიფო სპეციალური სტანდარტი GET 166-2004- მდებარეობს VNIIFTRI-ში.

დაწერეთ მიმოხილვა სტატიის შესახებ "სიხშირის გადახრა"

ლიტერატურა

• სახელმძღვანელო რადიო ელექტრონიკის თეორიული საფუძვლების შესახებ.- ქვეშ. რედ. ბ.ხ.კრივიცკი. 2 ტომად - M: ენერგია, .

ბმულები

აგრეთვე იხილეთ

სიხშირის გადახრის დამახასიათებელი ამონაწერი

სიხშირის მოდულაციის მქონე სისტემებს აქვთ ხმაურის მაღალი იმუნიტეტი, ამიტომ ისინი გამოიყენება ულტრაბგერითი ტალღების მაღალი სიხშირის რადიომაუწყებლობისთვის, სატელევიზიო აუდიო სიგნალების გადასაცემად, რადიო სარელეო და სატელიტური საკომუნიკაციო ხაზებში, აგრეთვე ტელეგრაფისა და ფოტოტელეგრაფის სიგნალების გადასაცემად.

თუ მოდულაცია შესრულებულია ერთი სინუსოიდური ტონით, მაშინ სიხშირით მოდულირებული რხევის გამოხატულებას აქვს ფორმა

სად არის მაღალი სიხშირის რხევის ამპლიტუდა;

– მაღალი (გადამზიდავი) სიხშირის მნიშვნელობა მოდულაციამდე;

- ძაბვის სიხშირის მოდულაცია;

– სიხშირის მოდულაციის ინდექსი, რომელიც განისაზღვრება გამოხატულებიდან

, (2.5)

სადაც – მაღალი სიხშირის გადახრა მოდულაციის დროს – სიხშირის გადახრა.

სიხშირით მოდულირებული სიგნალის სიხშირის მყისიერი მნიშვნელობა იქნება .

მოდულაციის დროს სიხშირის გადახრა პროპორციულია მხოლოდ მოდულატორული ძაბვის ამპლიტუდისა და არ არის დამოკიდებული მის სიხშირეზე:

სურათი 2 გვიჩვენებს სიხშირით მოდულირებული რხევების გრაფიკს, რომელიც შეესაბამება გამოხატულებას (2.4). მოდულაციური რხევის სიხშირე განსაზღვრავს მყისიერი გადახრის მნიშვნელობის ცვლილების სიჩქარეს , ( – მაქსიმალური გადახრა).

სურათი 3 - სიხშირით მოდულირებული რხევის გრაფიკი

რადიოგაზომვების პრაქტიკაში, განსაკუთრებით სამუშაო პირობებში, განისაზღვრება სიხშირის გადახრა; სიხშირის მოდულაციის ინდექსი ერთი სიხშირით მოდულაციისას განისაზღვრება ფორმულით (2.5). სიხშირით მოდულირებული რხევების ზუსტი გაზომვისთვის, გადამცემი და დაკალიბრებული საზომი მოწყობილობების დაყენებისას, განისაზღვრება სიხშირის მოდულაციის ინდექსი და (2.5) ფორმულის მიხედვით განისაზღვრება სიხშირის გადახრა.

სიხშირის გადახრის გაზომვა

სიხშირის გადახრის გაზომვის უმარტივესი გზაა სიხშირის დეტექტორის გამოყენებით. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ სიხშირით მოდულირებული რხევები გარდაიქმნება ამპლიტუდის მოდულირებად და შემდეგ აღმოჩენილია ამპლიტუდის დეტექტორით, რის შედეგადაც ხდება ძაბვის პროპორციული მოდულაციის სიხშირის ძაბვის. ეს ძაბვა იზომება პიკური ვოლტმეტრით, რომელიც დაკავშირებულია ამპლიტუდის დეტექტორის გამოსავალზე. როგორც გამოსახულებიდან ჩანს (2.6), პიკური ვოლტმეტრის მასშტაბი შეიძლება დაკალიბრდეს უშუალოდ სიხშირის გადახრის ერთეულებში - კილოჰერცში. სიხშირით მოდულირებული რხევები გარდაიქმნება დაბალი სიხშირის რხევებად სიხშირის დეტექტორით (იხ. სურათი 4), რომლის მახასიათებელს აქვს S- ფორმის მრუდი. სიხშირის დეტექტორის ნაწილები, განსაკუთრებით რხევითი სქემები, უნდა იყოს განსაკუთრებით მაღალი ხარისხის, რადგან დროთა განმავლობაში მათი პარამეტრების ოდნავი ცვლილება იწვევს გაზომვის მნიშვნელოვან შეცდომას.

სურათი 4 - სიხშირის დეტექტორის წრე

სიხშირის დეტექტორის მეთოდის გამოყენებით გადახრის საზომი მოწყობილობის ბლოკ-სქემა ნაჩვენებია ნახაზზე 4. მოწყობილობა არსებითად არის სიხშირით მოდულირებული რხევების დაკალიბრებული მაღალი სიხშირის მიმღები საზომი ხელსაწყოებით საჭირო სიდიდის პირდაპირ წაკითხვისთვის. მოდულირებული სიგნალი გარდაიქმნება შუალედურ სიხშირეზე, გაძლიერებულია, შეზღუდულია და მიეწოდება სიხშირის დეტექტორს, რომლის გამომავალი ძაბვა პროპორციულია სიხშირის გადახრისა; გამოვლენის შედეგი გადის დაბალი გამტარი ფილტრის მეშვეობით, გაძლიერებულია და იზომება პიკური ვოლტმეტრით. ამ უკანასკნელის მასშტაბი დაკალიბრებულია გადახრის ერთეულებში - კილოჰერცი. შიდა კალიბრატორის გამოყენებით მოწმდება სიხშირის დეტექტორი და მოწყობილობის მთელი საზომი ნაწილი. გაზომვის შეცდომა არის.

სურათი 5 - სიხშირის გადახრის მრიცხველის ბლოკ-სქემა

ვარჯიში:განსაზღვრეთ სიხშირის გადახრის ფაქტობრივი მნიშვნელობა, გაზომვის შეცდომის და პიკური ვოლტმეტრის ჩვენებების გათვალისწინებით, რომლის მასშტაბი დაკალიბრებულია გადახრის ერთეულებში - კილოჰერცში.

მაგალითად, სიხშირის მულტიპლექსში RRL, მრავალარხიანი შეტყობინება გადაიცემა გადამცემის სიხშირის მოდულაციის გამოყენებით. RRL კავშირის განსახორციელებლად, აუცილებელია, რომ სიხშირის გადახრა იგივე იყოს, ანუ არხების განსხვავებული რაოდენობისთვის, CCIR მიუთითებს ეფექტური სიხშირის გადახრის მნიშვნელობაზე. ამ შემთხვევაში საზომი დონე და .

როგორც წესი, განისაზღვრება მრავალარხიანი შეტყობინების საშუალო სიმძლავრის ზედა ზღვარი და გამოითვლება ეფექტური სიხშირის გადახრა.

ცხრილი 9- სიხშირის გადახრის ეფექტური მნიშვნელობა არხზე, კჰც

ერთი სატელეფონო არხის დონის დატვირთვა ქმნის სიხშირის ეფექტურ გადახრას თითო არხზე

მაგალითად, სიხშირის გადახრის ეფექტური მნიშვნელობა ერთ არხზე, 240>-ზე ნ>100 .

ცხრილი 10

გაზომილი მნიშვნელობის შედარებისას, შეცდომის გათვალისწინებით, გამოთვლილ მნიშვნელობასთან, გამოიტანეთ დასკვნა CCIR-ის რეკომენდაციებთან შესაბამისობის შესახებ.