Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
шпоры. Разложение косинусоидального импульса и выбор угла отсечки
 Скачать 0.67 Mb.
|
9. Адаптивное согласование генераторов с нагрузкой. 10.Трехточечные автогенераторы. 11. Умножение частоты, умножители на варакторах. 12. СВЧ генераторы на ЛПД и диодах Гана 13. Интерполяционная схема возбудителя частоты. 14. Двухуровневый синтезатор частоты. 15. Синтезатор частоты с вычитанием ошибки. 16. Метод активного синтеза сетки частот. 17. Частотный ресурс, обозначение диапазонов и радиоизлучений. 18. Методы сложения мощностей. 19. Синфазные мостовые схемы. 20. Квадратурные мостовые схемы. 21. Амплитудная модуляция смещением. 22. Коллекторная амплитудная модуляция. 23. Фильтровой способ однополосной модуляции. 24. Фазокомпенсационный способ однополосной модуляции. 25. Прямой и косвенный методы частотной модуляции. 26. Дискретизация и квантование сигналов. 27. Кодирование сигналов ИКМ - коды AMI, HDB-3 и др. 28. Помехоустойчивое кодирование. 29. АИМ 1-2, ФИМ 1-2. 30.Фазовая телеграфия и ОФТ. 31. Частотная манипуляция с минимальным сдвигом - ЧММС. 32. BPSK, QPSK, O-QPSK . 33. QAM – многоуровневая квадратурная амплитудная модуляция. 34. Формирование группового сигнала. Уплотнение каналов. Множественный доступ. 35. Беспроводной доступ. Стандарты DECT, Bluetooth, Zig Bee, Wi-Fi, Wi-Max. 36. Модуляция прямым расширением спектра. 37. Псевдослучайная перестройка радиочастоты – модуляция ППРЧ. 38. Компромиссы в радиосвязи. Предел Шеннона. 39. Основы сотовой связи. 40. Системы радиорелейной и спутниковой связи. 41. Цифровое радиовещание и телевидение. 42. Основы криптографии.
В мощных усилителях высокой частоты часто используют режим отсечки сигналов. При этом спектр выходного сигнала обогащается и каскады усиления (не идеально воспроизводящие входные сигналы) стали называть генераторами с внешним возбуждением (ГВВ). Режим работы с отсечкой части сигнала, как будет показано ниже, энергетически выгоден. Для оценки его свойств было предложено провести анализ поведения усилительных каскадов при подаче на вход усеченных косинусоидальных сигналов. Включение транзисторов по схеме с общим эмиттером обеспечивает максимальное усиление по мощности, т.к. коэффициент усиления по мощности PМ в этом случае определяется произведением коэффициентов усиления по напряжению и по току Аналитически описал усеченные косинусоидальные импульсы тока Аксель Иванович Берг в 1927 г. Для таких импульсов он получил выражение, связывающее ток активного элемента с углами отсечки и и амплитудой, вида  Импульсы выходного тока активных элементов, работающих в перенапряженном режиме  С ростом номера гармоники ее амплитуда убывает, как и оптимальный угол отсечки. Анализ зависимостей, приведенных на рисунке, позволяет сделать вывод, что оптимальные углы отсечки, обеспечивающие максимум тока нужной гармоники в нагрузке, определяются правилом:   Зависимость коэффициентов Берга от угла отсечки2. Коэффициент полезного действия генераторов с внешним возбуждением. Потребляемая от источника питания мощность определяется как  где Ек - напряжение питания цепи коллектора. Определяя КПД как отношение полезной мощности к потраченной, находим важное для инженерной практики выражение   где коэффициент использования коллекторного напряжения С точки зрения получения максимальной выходной мощности и высокого КПД более выгоден критический или слабоперенапряженный режимы.  Зависимость КПД ГВВ от величины сопротивления нагрузкиАнализ нагрузочных характеристик позволяет сделать важные выводы:
3. Режимы работы генераторов с внешним возбуждением. Динамические характеристики позволяют определить режим работы каскада с учетом реальной нагрузки и выбранных питающих напряжений. Различают следующие режимы работы транзисторов в схемах ГВВ:
Буферный режим характерен использованием только начального участка прямой АБ (А1Б1). При этом транзистор имеет малые входные токи и соответственно высокое входное сопротивление, что и позволяет использовать такой режим в разделительных каскадах.   Режим работы А Недонапряженный  перенапряженный В инженерной практике для различных задач применяют практически все режимы работы, несмотря на их конкретные недостатки. Наиболее привлекателен критический режим работы транзисторов в ГВВ, так как при нем максимально используется линейный участок динамической характеристики и усеченный сигнал на выходе имеет максимальную амплитуду при минимальных искажениях.
Недонапряженный
перенапряженный
 Включение активных элементов по сземе с ОЭ и ОБ
В качестве узкополосных трансформаторов сопротивлений часто используют звенья Г, П и реже Т типов. Звенья типа Т используют редко, поскольку они содержат две индуктивности, добротность которых из-за потерь на излучение значительно ниже добротности конденсаторов. Коэффициент трансформации сопротивлений одного звена вида Г, П или Т может достигать величины КR=100, но в целях сохранения высоких фильтрующих способностей звена рекомендуется, чтобы коэффициент не превышал значение 10.  Простейшие звенья цепей согласования Цепь согласования с трансформацией сопротивлений в KR=KR1KR2раз  Расчет элементов простейших ЦС очень прост. Например, для Г-образной ЦС, при R2>R1 расчетные формулы имеют вид:Для П и Т-образных ЦС расчетные выражения будут:    Следует отдельно обговорить необходимость использования узкополосных ЦС при работе транзистора с частотами:На частотах выше 50 МГц удобно применять индуктивности в виде напыленных на диэлектрическую подложку дорожек . Следует помнить, что медная дорожка толщиной 50 мкм и шириной 0,5 мм выдерживает ток менее 1 А. Из этого условия и выбирается ширина печатного проводника W. Индуктивность печатного проводника зависит от его длины l и определяется по формуле: 
Широкополосные цепи согласования необходимы при усилении широкобазовых сигналов, активно применяющихся при цифровой передаче информации и в телевидении. Если ЦС включена между источником сигнала с внутренним сопротивлением R Г и нагрузкой с сопротивлением RН , то в широком диапазоне частот нейтрализовать реактивности ГВВ и нагрузки полностью не удается и возможна схема без нейтрализации выходной емкости генератора сигнала CГ или без нейтрализации индуктивности нагрузки LН Схемы включения широкополосных цепей согласования  Фано вывел формулы, связывающие максимальную полосу частот с мерой  рассогласования |Г|Лестничный фильтр Входная проводимость лестничного фильтра описывается выражением, величина которого зависит от количества звеньев в фильтре, и расчет таких фильтров достаточно  сложен     виды10. Трехточечные автогенераторы Автогенератор - это нелинейное устройство, самостоятельно и без внешних воздействий преобразующее энергию источника питания в энергию переменных электрических сигналов. Такой преобразователь содержит источник питания, усилитель, колебательную фильтрующую цепь и цепь обратной связи. Принципы построения этих узлов автогенераторов могут быть различными, что и явилось причиной многообразия схем автогенераторов.  Обобщенная схема трехточечного автогенератора Основное уравнение трехточечного автогенератора:     Основное уравнение распадается на два простых уравнения, получивших названия баланса амплитуд:   и баланса фаз: при n=0,1,2,…   Анализ уравнений показывает, что для режима автогенерации требуется минимизировать действительные составляющие у сопротивлений плеч трехточки (Z1, Z2, Z3) и при неустойчивом положении покоя ( при )   в трехточечной схеме необходимыми являются следующие условия для реактивных сопротивлений плеч трехточки (Z1, Z2, Z3):
  Емкостная и индуктивная трехточечныесхемы без цепей питания 12. СВЧ генераторы на ЛПД и диодах Гана Автогенераторы на лавинно-пролетных диодах На практике используют два режима работы ЛПД:
Упрощенная эквивалентная схема автогенератора на ЛПД  Структурная схема ГВВ на ЛПД Выходная мощность и кпд генераторов на ЛПД в режиме непрерывной генерации (НГ) для режима IMPATT Автогенераторы на диодах Ганна Ганн открыл диодный эффект в полупроводниках на арсениде галлия в 1962 г., но серийно генераторы на эффекте Ганна стали выпускаться только в 1970 г. В отличие от ЛПД диод Ганна не имеет p-n - перехода, а представляет собой пластину однородного полупроводника из арсенид галлия (GaAs) или фосфида индия (InP), имеющую за счет донорной примеси проводимость электронного характера. Выходная мощность в режиме непрерывной генерации и КПД автогенераторов на диодах Ганна  13. Интерполяционная схема возбудителя частоты.  Интерполяционная схема возбудителяВ этой схеме высокостабильный сигнал fКГ кварцевого генератора (КГ) смешивается в смесителе с нестабильным сигналом fПГ перестраиваемого генератора (ПГ). Стабильность суммарного сигнала f определится как:  Если наложить условие fКГ>>fПГ, то  Интерполяционная схема широко используется в радиостанциях низового звена, позволяя получать сравнительно стабильные частоты при плавной перестройке генератора по диапазону. Следует заметить, что при полосе перестройки частоты ПГ более октавы (двух раз) фильтр на выходе схемы должен синхронно перестраиваться вместе с ПГ. 14. Двухуровневый синтезатор частоты  Синтезатор позволяет получать любую частоту из множестваNfК. Достоинством синтезатора является высокая чистота спектра, то есть минимум фазовых шумов в выходном сигнале. Недостатком синтезатора является затягивание времени переключения частот из-за инерционности фильтра низких частот (ФНЧ), необходимой для подавления побочных составляющих при мелком шаге квантования и высоком коэффициенте деления в ДПКД.15 Синтезатор частоты с вычитанием ошибки.  Синтезатор частоты с вычитанием ошибкиСинтезатор позволяет получать любую частоту из множестваNfК. Достоинством синтезатора является высокая чистота спектра, то есть минимум фазовых шумов в выходном сигнале. Недостатком синтезатора является затягивание времени переключения частот из-за инерционности фильтра низких частот (ФНЧ), необходимой для подавления побочных составляющих при мелком шаге квантования и высоком коэффициенте деления в ДПКД. 16 Метод активного синтеза сетки частот. Известно два метода построения синтезаторов частоты:
18. Методы сложения мощностей.
Параллельная работа N транзисторов как одного активного элемента  Схема параллельного соединения транзисторов проста, однако имеет существенные недостатки, к которым можно отнести: -суммирование реактивных сопротивлений различных транзисторов в схеме, приводящее к снижению частотных возможностей объединенного транзистора; -рост суммарной мощности не прямо пропорционален числу объединяемых транзисторов из-за потерь в выравнивающих резисторах в цепях эмиттеров; -снижение аппаратурной надежности схемы, так как выход из строя и замыкание одного транзистора приводит к отказу всей схемы. Двухтактная схема сложения мощностей транзисторов  Недостатком двухтактной схемы также является суммирование реактивных сопротивлений транзисторов и снижение частотных возможностей, а также необходимость подбора транзисторов с идентичными параметрами, иначе в выходном сигнале появляются искажения. Схема сложения мощностей в общем контуре  Достоинства схемы в возможности объединения в нагрузке очень мощных сигналов, а недостатки заключаются в трудности реализации общего контура на высоких частотах (более 30 МГц), узкополосности схемы и в необходимости установки систем автоматического управления, так как при выходе из строя одного усилительного модуля требуется его отключение и подстройка всех коэффициентов связи М. Последний недостаток вызван тем, что при аварии изменяется вносимое в выходной контур сопротивление и контур после отключения аварийного блока необходимо заново настраивать в резонанс. Главный недостаток метода в необходимости нескольких антенн на передающей стороне. Разброс параметров антенн и передатчиков требует дополнять схемы ПРД устройствами коррекции и контроля диаграммы направленности. Еще один недостаток связан с необходимостью синфазного возбуждения передатчиков  Самое большое распространение получил способ сложения мощностей мостовыми схемами.  19. Синфазные мостовые схемы. Главное достоинство синфазных мостов том, что они многовходовые и дают возможность с помощью одного моста сложить (или разделить) мощности сразу нескольких ГВВ  Схема синфазного моста на N входовЦепи согласования на схеме выполняют функции трансформации входных сопротивлений моста R1=R2=RN=R в сопротивления NR, включенные параллельно и обеспечивающие в сумме при параллельном включении согласование с сопротивлением нагрузки RН=R. Цепи согласования обеспечивают также фазовый сдвиг на 900, необходимый для суммирования всех входных токов на сопротивлении нагрузки и вычитании их на балластных сопротивлениях Rбал=R. Основной недостаток синфазных мостов состоит в том, что балластные сопротивления не соединены с корпусом и это затрудняет как отвод тепла от них, так и ухудшает характеристики мостовой схемы из-за паразитных емкостей между корпусом и балластными сопротивлениями. Чтобы избавиться от этого недостатка иногда используют кольцевые мосты, но они двухвходовые и не имеют достоинств по сравнению с квадратурными мостами    20 Квадратурные мостовые схемы. Квадратурные мосты отличаются от синфазных наличием инвертора, а также качественными характеристиками. У них лучше развязка между входами и синхронное изменение согласования по входам не влияет на согласование по выходу. Аналогично синфазным мостам их можно использовать и в качестве делящих мостов и в качестве суммирующих, так как они обладают свойством дуальности  Преобразование синфазного моста в квадратурный мост Структурная схема квадратурного моста  Примеры схем квадратурных мостов  21 Амплитудная модуляция смещением.
 Схема модулятора смещением Работу каскада удобно анализировать с помощью СМХ Кривые коэффициентов использования анодного напряжения и КПД22 Коллекторная амплитудная модуляция.    Коллекторный модулятор работаетв перенапряженном режиме 23 Фильтровой способ однополосной модуляции Фильтровой способ формирования сигнала ОБП   АМ присущи следующие недостатки:- Сравнительно широкая полоса частот, занимаемая ПРД. - Низкая эффективность использования мощности ПРД Предложена была ОМ или модуляция с ОБП. Мощность ПРД используют только для передачи одной боковой полосы. При этом после подавления сигнала несущей и одной боковой полосы сигнал ОМ 24 Фазокомпенсационный способ однополосной модуляции  АМ присущи следующие недостатки:- Сравнительно широкая полоса частот, занимаемая ПРД. - Низкая эффективность использования мощности ПРД Предложена была ОМ или модуляция с ОБП. Мощность ПРД используют только для передачи одной боковой полосы. При этом после подавления сигнала несущей и одной боковой полосы сигнал ОМ 25 Прямой и косвенный методы частотной модуляции. Для получения угловой модуляции в передатчиках используют два метода: прямой и косвенный. Прямой метод получения угловой модуляции состоит в том, что передаваемый сигнал непосредственно или после предкоррекции воздействует на автогенератор передатчика и изменяет его частоту. Косвенный метод угловой модуляции реализуется с помощью фазовращателя, поворачивающего фазу колебания, пропорционально приложенному к нему модулирующему сигналу или (чаще) модулирующему сигналу, подвергнутому предкоррекции  рис. 1.3. Структурные схемы ЧМ модуляторова) прямым и б) косвенным способами. КУ – корректирующее устройство. 26 Дискретизация и квантование сигналов  В.И. Котельников, применив теорему отсчётов к задачам связи, показал, что любой аналоговый сигнал S(t) можно представить рядом вида:период дискретизации-  Рис. 16.2. Пример отклика ФНЧ на одиночный импульсВосстановление аналогового сигнала суммой откликов ФНЧ  сигнал длительностью t определяется конечным числом отсчетов (целой частью рассчитанного значения), называемым также базой сигнала В: и может быть интерполирован рядом Котельникова со среднеквадратической ошибкой интерполяции в пределах В общем случае для воспроизведения сигнала длительностью t при полосе частот FН - FB необходимо передавать по линии число параметров не менее, где ΔF= FB - FН. 29. АИМ 1-2, ФИМ 1-2. Амплитудно-импульсная модуляция Различают амплитудно-импульсную модуляцию двух видов - АИМ-1 и АИМ-2. Фактически эти подвиды различаются формой дискретизирующих аналоговый сигнал импульсов. При АИМ-1 огибающая дискретизирующих импульсов повторяет форму огибающей аналогового сигнала, а при АИМ-2 дискретизацию осуществляют прямоугольными импульсами, как показано на рис. 16.4.  Рис. 16.4. Два вида амплитудно-импульсной манипуляцииПолучают АИМ-2 в два этапа:
 Рис. 16.5. Принцип формирования ФИМ-I В отличие от ФИМ-I, при ФИМ-II возможна неискаженная передача S(t) по Котельникову. При ФИМ-II значение tk непосредственно пропорционально отсчету S(kTi) в тактовой точке kTi, но модулятор ФИМ-II несколько сложнее. Пример формирования ФИМ-II с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) показан на рис. 16.6.  Рис. 16.6. Метод формирования ФИМ-IIВопрос № 31 Частотная манипуляция с минимальным сдвигом - ЧММС.  Сигнал ЧММС можно записать в видегде аi - коэффициент, показывающий, единица или ноль биполярных данных сообщения передается в манипулятор со скоростью R=1/T т. е. разнесение частот вдвое меньше, чем при некогерентном приёме частотно-манипулированного сигнала, отсюда и наименование "с минимальным сдвигом".  Рис.18.3. Формирование сигналов ЧММС Вопрос № 32 BPSK, QPSK, O-QPSK . Если фаза принимает только два значения, соответствующие логическим ”0” и ”1”, то модуляцию называют двоичной фазовой модуляцией (BPSK – Binary Phase Shift Keying). Для фазовой модуляции сигнальное созвездие представляет собой N точек, находящихся на одинаковом расстоянии от центра координат и отличающихся друг от друга фазовыми сдвигами относительно положительной ветви оси абсцисс. Каждая сигнальная точка своим фазовым сдвигом относительно предыдущей посылки несет информацию об одном дискретном отсчёте, поэтому при передаче бинарной информации каждый отсчёт при BPSK соответствует боду входного сообщения.  Рис. 19.4. Двоичная фазовая модуляция (BPSK) Квадратурная фазовая модуляция При QPSK проекции векторов сигнальных точек на оси координат принимают значения +1 и –1, что соответствует углам поворота вектора сигнала  Рис. 19.7. Эпюры работы модулятора QPSK Один из недостатков QPSK связан с тем, что при одновременной смене символов в обоих каналах модулятора (с +1, -1 на -1, +1 или с +1, +1 на -1, -1, как показано в табл. 19.1) в сигнале QPSK происходит скачок фазы на 1800 . Такие скачки фазы, имеющие место и при BPSK, вызывают паразитную амплитудную модуляцию огибающей сигнала, и при прохождении сигнала через узкополосный фильтр возможны провалы огибающей до нуля. Это приводит к увеличению энергии боковых полос и зашумлению канала связи. Офсетная квадратурная фазовая модуляция Чтобы избежать недостатков QPSK, связанных со скачками фазы на 1800, часто применяют квадратурную фазовую модуляцию со сдвигом [12], называемую офсетной QPSK (OQPSK). Формирование сигнала при OQPSK происходит так же, как и в модуляторе QPSK, за исключением того, что кодирующие биты в Q-канале задерживают на длительность одного элемента Т.  Рис. 19.8. Формирование сигналов OQPSK Вопрос №33 QAM – многоуровневая квадратурная амплитудная модуляция. При квадратурной фазовой манипуляции сигнальные отсчеты имеют одинаковую амплитуду и параметром модуляции является фазовое состояние отсчета. Если использовать одновременно с фазовой модуляцией и модуляцию отсчетов дискретными амплитудами, то появляется возможность реализации многоуровневой амплитудно-фазовой манипуляции (АФМ), параметром которой является комплексная амплитуда радиосигнала.  Рис. 20.1. Сигнальное созвездие многоуровневой амплитудно-фазовой манипуляции Многоуровневую АФМ называют также многопозиционной квадратурной амплитудной модуляцией (M-QAM) или М-ичной QAM , где число возможных позиций в сигнальном созвездии указывает число М (например, КАМ-16 или 16-QAM; КАМ-256 или 256-QAM и т.д.)  Рис. 20.2. Сигналы на входе и выходе модулятора КАМ-16  Рис. 20.3. Модулятор КАМ-16 Вопрос №35 Беспроводной доступ. Стандарты DECT, Bluetooth, Zig Bee, Wi-Fi, Wi-Max.
Сети стандарта DECT 
Wi-Fi (Wireless Fidelity). Разработал их в 1991 г. Вик Хейз. Применяются для создания локальных сетей и организации доступа в Интернет
Опорные сети: Wi-Max, сотовые сети.
ZigBee Cтандарт IEEE 802.15.3 допускает снижение скорости до 20 кбит/c вместо 400 у Bluetooth и его назвали ZigBee – полет пчелы зигзагами от цветка к цветку.
Вопрос №36 Модуляция прямым расширением спектра. Расширение спектра методом прямой последовательности Типовая схема передатчика, формирующего сигнал с прямым расширением спектра, приведена на рис. 22.3  Рис. 22.3. Передатчик с прямым расширением спектра сигнала  Рис. 22.4. Диаграммы процесса расширения спектра: а – передаваемое сообщение; б – спектр сообщения на промежуточной частоте; в – псевдослучайная последовательность импульсов; г – спектр сигнала ПСПИ; д – спектр сигнала после перемножения сигнала сообщения на импульсную последовательность, вырабатываемую генератором ПСПИ   Для систем связи с CDMA в работе, в предположении равных мощностей К абонентских сигналов и без учета влияния теплового шума, получено выражение для вероятности ошибки от наличия помех, создаваемых K-1 пользователями одному абоненту, в видегде   - частота следования символов ПСПИ - Скорость передачи информации.Вопрос №37Псевдослучайная перестройка радиочастоты – модуляция ППРЧ. Расширение спектра методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты Рис. 22.5. Схема формирования сигналов с ППРЧ 
|
