Изучение частотных спектров сигналов
Угловая модуляция
Как уже говорилось, фазовая и частотная модуляция тесно взаимосвязаны и вместе называются угловой модуляцией. Сигнал с угловой модуляцией имеет вид колебания, начальная фаза которого зависит от времени:
sУМ(t) = A0 cos(w 0t + j (t)).
Различие между фазовой и частотной модуляцией заключается лишь в том, как именно начальная фаза j(t) связана с модулирующим сигналом.
При фазовой модуляции (ФМ) начальная фаза колебания прямо пропорциональна модулирующему сигналу:
j (t) = ksM(t).
Сам сигнал с фазовой модуляцией, таким образом, имеет вид
sФМ(t) = A0 cos(w 0t + ksM(t)).
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ СИГНАЛОВ
3.1. Описание лабораторного оборудования
Лабораторная установка включает:
– генератор Г
– 
анализатор спектра АС.
Генератор формирует сигнал, характеристики которого в дальнейшем исследуются.
На экране анализатора спектра изображается график, характеризующий амплитудный спектр сигнала.
В процессе выполнения работы:
– фиксируют форму спектра сигнала;
– сравнивают виды модуляции
– замеряют\получают некоторые данные по спектру.
Измерение АМ сигнала.
-Включить генератор, выставить уровень сигнала -30 дБм и задать амплитудную модуляцию.
Для этого на панели генератора (Рис.1) нажать на окно Modulation и выбрать из списка амплитудную модуляцию(Amplitude modulation)
Рис.1.
-Выставить на анализаторе спектра центральную частоту в 10 ГГц и установить размах посредством в несколько десятков кГц. Для этого на передней панели анализаторе спектра нажимаем клавишу FREQ и выставляем 10 ГГц. После нажимаем на клавишу SPAN, где уточняем размах.
Также можно выставить глубину модуляции( Modulation\ Amplitude modulation\Depth). Рекомендуемое значение в 50%.
На панели анализатора спектра можно увидеть изображение амплитудно-модулированного сигнала.
Рис.2.
Аналогично получаются и другие виды модуляции. В данной работе помимо амплитудной следует получить фазовую(phase),частотную (frequency),внутриимпульсную линейную частотную (chirp),цифровую(digital),импульсную(impulse) модуляции.
Для того, чтобы задать нужную модуляцию, необходимо:
1)на генераторе в окне Frequency задать частоту.
2)на генераторе в окне Level задать уровень -30 дБм
3)на генераторе в окне Modulation задать вид модуляции.
4)на генераторе в окне Modulation в разделе LF Generators Gen1 поставить частоту в 1кГц( мы выставляем несущую частоту.здесь и далее она будет равна 1 кГц)
5) на генераторе включить окна RF и Mod.
6)на анализаторе спектра выставить центральную частоту, аналогичную генератору, нажатием кнопки Freq.
7)на анализаторе спектра выставить размах, удобный для проведения работы. Рекомендуемый размах от 5 до 30 кГц. Чтобы подчеркнуть различия между спектрами, оптимальная ширина 15 кГц.
Задание 1:аналогично амплитудной модуляции получить все остальные виды модуляции, доступные на генераторе. Зарисовать в отчет или сделать скриншот на экране с последующим воспроизведением на компьютере.
Задание 2:Измерение глубины модуляции на анализаторе спектра и ее сравнение на генераторе сигналов.
Настройки генератора:100МГЦ, -30дБм, ампл.модуляция,50% глубина,несущая частота 1 кГц.
1.Нажмите Preset на анализаторе спектра.
2.Задайте центр.частоту в 100 МГц и размах в 5 кГц.
3.Нажмите клавишу Meas на анализаторе спектра. В функциональном окне нажмите Modulation Depth.
На экране появятся 3 маркера. Центральный маркер будет выставлен на несущую частоту, на боковые маркеры выставлены на верхнюю и нижнюю боковые частоты.
В правом верхнем окне будет надпись MDepth( глубина модуляции, измеренная на анализаторе спектра). Сравнить с заданной глубиной и посчитать изменение в процентах.
Задание 3.Отображение НЧ-составляющей АМ-сигнала
Настройки генератора: 100 МГц,уровень 0 дБм, ампл.модуляция, 50% модуляция,несущая частота 1 кГц.
1.Нажмите Preset для возвращения к стандартным настройкам.
2.Выставить центральную частоту в 100 МГц и размах в 0 Гц.
3.Нажать клавишу Ampt и ввести значение в +6дБм.
4.Нажать функц.клавишу Range Linear.
5.Нажать клавишу Trig
6. Нажать функц.клавишу Video.
Получим НЧ-составляющую, которую необходимо зарисовать или сделать скриншот с дальнейшей демонстрацией.
Задание 4.Измерение фазового шума.
Настройки: частота 100 МГц, уровень 0 дБм
1.Нажмите Preset для возвращения в стандартные настройки.
2.Установите центральную частоту в 100 МГц, размах в 50 кГц.
3.Нажмите клавишу AMPT и задать значение в 0 дБм.
4.Нажмите клавишу MKR FCTN.
5.Нажмите функц.клавишу PHASE NOISE. Введите значение в 10 кГц.
6.Нажмите клавишу TRACE и далее функц.клавишу AVERAGE.
Содержание отчета о выполнении лабораторной работы
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1) осциллограммы (рисунки или фотографии) исследуемых сигналов;
2) результаты расчетов и заданий
3) спектрограммы (рисунки или фотографии) исследуемых сигналов, по- лученные с помощью анализатора спектра;
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется спектром сигнала?
2. На каких частотах присутствуют гармонические составляющие перио- дического сигнала?
3. Какой вид имеет ряд Фурье в тригонометрической форме?
4.Что такое амплитудная модуляция.
5.Что такое фазовая модуляция.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы : учеб. пособие для вузов / И.С. Гоноровский, М.П. Демин. – М. : Радио и связь, 1994. – 480 с.
2. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте : учеб. для вузов ж.-д. тр-та / Г.В. Горелов [и др.]. – М. : Транспорт, 1999. – 415 с.
3. Генератор импульсный Г5-19. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
4. Осциллограф С1-64. Техническое описание и инструкция по эксплуа- тации.
5. Анализатор спектра «Вектор». Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
Кафедра «Оптические системы связи»
Б.И. Давыдов, Е.В. Азатская
ИЗУЧЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ СПЕКТРОВ СИГНАЛОВ
Методические указания
по выполнению лабораторной работы
| |