Наукоемкие технологии Учебно-методическое пособие для студентов специальности 27.03.05 Инноватика

Лабораторная работа №6

Повышение помехоустойчивости за счет когерентного

детектирования ЧМн сигналов

Краткие теоретические сведения.

Известно, что когерентный детектор состоит из перемножителя АМ колебания с колебанием его несущей частоты и ФНЧ (фильтра нижних частот) на его выходе. Для ЧМ используемой в эксплуатируемой железнодорожной радиосвязи, когерентное детектирование не использовалось ранее, но ЧМ колебание можно преобразовать в амплитудно-частотно модулированное колебание с помощью АЧХ расстроенного контура или двух расстроенных контуров, несущим колебанием которого является ЧМ колебание. На этом основании и был разработан [4,7] когерентный детектор ЧМ колебаний.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема когерентного детектора.

Рисунок 1. Принципиальная схема когерентного детектора Она состоит из нагрузочного контура последнего УПЧ

приемника, настроенного в резонанс на промежуточную частоту fпр и

20

двух вторых контуров, расстроенных относительно fпр симметрично и противоположено, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. График преобразования ЧМ в АЧМ

uкд( ) = (1 + Ω ) cos(пр + Ω ), uн( ) = (пр + МΩ ),

где M – глубина АМ, m – индекс ЧМ, а Ω – модулирующий сигнал.

На выходе диодного перемножителя сигналов получается колебание uп( ) = uк( )uн( ) = [1 + Ω ]2[пр + Ω ] =,

ФНЧ в виде RC-цепочек пропускает на свой выход только первое

слагаемое, т.е. переданный сигнал

( ) = ( )Ω

21

составляющая) отфильтровывается.

Выполнение работы

Для упрощения эксперимента сформируем только АМ колебание,

которое когерентно детектируется согласно рисунку 3 [11]

Рисунок 3. Схема когерентного детектора Данные эксперимента представить в виде осциллограмм, отражающих его работу: АМ, Uвых=f(Uвх). Сделать выводы по работе.

22

Лабораторная работа №7

Деление (сжатие) полосы частот передаваемого сигнала в 2 раза

Краткие теоретические сведения.

За счет такого деления уменьшается дефицит частотного ресурса

– основная проблема радиосвязи. Делитель полосы частот в 2 раза представляет собой автогенератор, в цепь положительной обратной связи которого включен диодный мост – перемножитель сигналов [11].

Причем, на вертикальную диагональ моста подается внешний сигнал, частоту которого надо разделить в 2 раза, а горизонтальная диагональ подключается к базе транзистора автогенератора, а не к сетке лампы, как в [11]. Если сигнал не подан на вертикальную диагональ, то автогенератор не работает. Особенностью такого регенеративного делителя является зависимость величины коэффициента обратной связи автогенератора от амплитуды входного сигнала при малом значении которого может нарушится работа делителя. Во избежание этого целесообразно делить в 2 раза клиппированный однополосный РС. Деление полосы частот речевого сигнала (РС) пригодно как для аналогового, так и для цифрового сигнала.

1)Собрать схему АГ без диодного моста и убедиться в её работоспособности.

2)Включить диодный мост, убедиться в работоспособности делителя при наличии внешнего сигнала.

3)Снять зависимость частоты выходного сигнала от частоты входного, сделать выводы по работе.

24

Лабораторная работа №8

Повышение помехоустойчивости аналогового ЧМ колебаний за счет

клиппирования его модулирующего речевого сигнала

Краткие теоретические сведения.

Помехоустойчивость аналогового сигнала, которую относят к энергетической эффективности, определяется обобщенным выигрышем системы. Для аналоговой частотной модуляции (ЧМ), используемой в эксплуатируемой железнодорожной радиосвязи, обобщенный выигрыш определяется выражением [10]

где m – индекс ЧМ, а Kп – пикфактор модулирующего речевого сигнала (РС), представляющий собой отношение максимального значения РС Um к его эффективному значению σ, т.е. Kп = Uσm.

Помехоустойчивость эксплуатируемой радиосвязи повышается двумя способами:

1) путем глубокого амплитудного усиления-ограничения (клиппирования) модулирующего речевого сигнала (РС), уменьшающего Kп;

2) увеличением индекса ЧМ m при делении полосы частот РС в 2 раза.

Поскольку речевой сигнал широкополосный, то при его клиппировании будут возникать нелинейные искажения Kf≈30%. Для их минимизации в данной работе предложено РС преобразовывать в узкополосный балансно-модулированный (БМ) сигнал вместо однополосного, что существенно упрощает клиппирующее устройство,

25

представленное на рисунке 1, где обозначено: М − микрофон, МУ – микрофонный усилитель, П – БМ перемножитель сигналов, Г – автогенератор, ОА – усилитель-ограничитель амплитуды сигнала; КД – когерентный детектор, ПРД – передатчик, А – антенна.

Рисунок 1. Клиппирование модулирующего сигнала Считается, что РС – случайный процесс, подчиненный закону

Гаусса, у которого значение отношения максимального выброса Um к

эффективному σ равное 3 с вероятностью 0,9972, т.еКп = Uσm = 3. У

клиппированного РС амплитуда прямоугольных импульсов постоянна, а

их длительность и частота следования случайны. Проходя через фильтры они преобразуются в синусоиды, у которых максимальное значение Um

больше эффективного σ в √2 раз. Таким образом, пикфактор

точного определения γ разработана [3] корреляционная методика,

согласно которой γ=4,33 раза или 6,36 дБ, что хорошо совпадает с экспериментальными данными, а коэффициент нелинейных искажений

KfБМ=7,4%, что меньше допустимого 10%.

Выполнение работы

26

Эксперимент проводить только над усилителем-ограничителем амплитуды входного сигнала, схема которого представлена на рисунке 2.

определить при каком их отношении наступает амплитудное ограничение сигнала.

+

R3

Рисунок 2

Заключение

Составлено методическое пособие по лабораторным работам с использованием компьютерного моделирования по дисциплине

«Инновационные технологии» для студентов групп ТИУ и ТИП.

27

Лабораторные работы базируются на патентах кафедры на изобретения и публикациях в ведущих отечественных журналах в соответствии с [1].

Также используются учебники, и др. литература. Работы были неоднократно опробованы на практике, что подтверждают имеющиеся отчеты студентов.

28

Литература

1. Казаков В, Башкиров В. Патентная информация как

основа иннвоационной деятельности [Текст]/ Казаков В, Башкиров В //

Электросвязь №8, 2018 – с.16-20.

2.Патент РФ на изобретение №2665245 Аналогово-

цифровой преобразователь сигналов /А.А. Волков, М.С. Морозов.

Приоритет 02.11.2017. Опубл 28.08.2018 в БИ№25 за 2018 г.

3.Патент РФ на ПМ №150830. Формирователь цифровым сигналом однополосного колебания с фазовой манипуляцией на 180°/ А.А. Волков, В.А. Кузюков, М.С. Морозов, В.Е. Самойлов. Приоритет от 16.05.2014. Опубл. 27.02.2015 в БИ№6 за 2015г.

4.Патент РФ на изобретение №2559578. Фазокомпенсационный подавитель зеркального канала в приемнике радиосигналов /А.А. Волков. Приоритет 01.08.2014.

5.Патент РФ на изобретение №2611987 Детектор частотно-

модулированных колебаний // А.А. Волков, В.А. Кузюков, М.С. Морозов

Приоритет от 15.10.2015. Опубл. 01.03.2017 в БИ№7 за 2017г.

6.Патент РФ на изобретение №2577203. Частотный демодулятор на расстроенных контурах // А.А. Волков, В.А. Кузюков. Приоритет от 15.10.2015. Опубл. 01.03.2017 в БИ№7 за 2017г.

7.Патент РФ на изобретение №163281 Детектор сигналов с абсолютной ФМн на 180˚ // А.А. Волков, М.С. Морозов Приоритет от

18.04.2016. Опубл. 10.07.2016 в БИ№19 за 2016 г.

8.Патент РФ на изобретение №2259632 Способ деления

полосы частот передаваемого сигнала и устройство для его

29