Podstawowe modulacje analogowe Modulacja amplitudy AM Modulacja częstotliwości FM

Transkrypt

1 ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE WYDZIAŁ TRANSPORTU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ LABORATORIUM Systemy łączności w transporcie INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 1 Podstawowe modulacje analogowe Modulacja amplitudy AM Modulacja częstotliwości FM TwT WT PW, DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO Warszawa 2014

2 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z podstawowymi modulacjami analogowymi: pełną modulacją amplitudową AM, jej odmianą z wytłumioną falą nośną DSB oraz modulacją częstotliwości FM, wykorzystywanymi w prostych systemach radiokomunikacji ruchomej. Zakres ćwiczenia obejmuje identyfikację, obserwację, pomiar oraz rejestrację podstawowych dla tych procesów wielkości i przebiegów. 2. Wprowadzenie Celem każdego systemu telekomunikacyjnego (rys. 2.1) jest dostarczenie informacji ze źródła informacji do odbiorcy, przy czym źródło i odbiorca są fizycznie od siebie odseparowani. W tym celu w nadajniku dokonuje się przekształcenia sygnału informacyjnego do postaci dogodnej do transmisji przez kanał telekomunikacyjny (przewód miedziany, włókno światłowodowe, powietrze). Przekształcenia tego dokonuje się za pomocą procesu modulacji. Proces ten jest stosowany we wszelkich urządzeniach wymagających przesłania pewnej informacji na określoną odległość, a więc w nadajnikach radiowych i telewizyjnych, w łączności telefonicznej i satelitarnej, w urządzeniach telegraficznych, telemetrii czy technice komputerowej. System telekomunikacyjny NADAJNIK KANAŁ TELEKOMUNIKACYJNY ODBIORNIK Sygnał informacyjny ŹRÓDŁO INFORMACJI UŻYTKOWNIK INFORMAJCJI Rys.2.1 Ogólny schemat systemu telekomunikacyjnego Jako sygnał rozumiany jest czynnik będący nośnikiem wiadomości umożliwiający przesyłanie jej na określoną odległość albo jej rejestrację. Może on mieć postać umownego znaku (np. rysunku, liter) lub przebiegu wielkości fizycznej, którego co najmniej jeden parametr (amplituda, kształt) zależy od przesyłanej w nim wiadomości. Zakłada się przy tym, że przebieg wielkości fizycznej to zbiór następujących po sobie kolejno wartości tej samej wielkości fizycznej (np. napięcia elektrycznego, temperatury), a także funkcja określająca zależność tej wielkości od czasu. 1

3 Dyskretna WARTOŚĆ Ciągła Ćw. nr 1 Modulacje AM i FM Z grubsza i ze słyszenia wiemy, że sygnały dzielimy na analogowe i cyfrowe. Tak naprawdę jednak podstawowy podział to sygnały ciągłe i dyskretne. Istotne jest jednak to, że zarówno ciągły, jak i dyskretny może być nie tylko czas obserwacji zmian, ale i ich wartość. To daje aż cztery kombinacje (rys. 2.2), gdy wspomniany podział na analogowe i cyfrowe daje zaledwie dwie, gdzie ciągły jest czas i wartość (analogowe) oraz dyskretny czas i wartość (cyfrowe). U Ciągły CZAS U Dyskretny t t U U t t Rys. 2.2 Podział sygnałów W sygnałach analogowych wielkość niosąca informację zmienia swoją wartość w sposób ciągły i w dozwolonym przedziale zmian (np. U min U max ) liczba jej wartości jest nieograniczona sygnał jest reprezentowany z nieskończoną dokładnością, jak go zmierzyć, to już inny problem. Sygnałem cyfrowym nazywamy sygnał, którego wielkość (lub wielkości) niosąca informację może (mogą) przyjmować ściśle określoną i skończoną liczbę wartości. Liczba wartości wielkości niosącej informację w najprostszym przypadku może być ograniczona do dwóch i wówczas mamy do czynienia z sygnałem binarnym. Z punktu widzenia systemów telekomunikacyjnych, w zależności od określonej cechy, dokonuje się następującej klasyfikacji sygnałów: 1) Sygnały okresowe i nieokresowe, czyli takie w których da się wyodrębnić pewien stały przedział czasowy, w którym przebieg danego sygnału przyjmuje takie same wartości, oraz sygnały, dla których tej prawidłowości nie ma. 2) Sygnały deterministyczne i stochastyczne Sygnały deterministyczne to takie, dla których nie istnieje niepewność odnośnie ich wartości w określonej chwili czasu - w przeszłości, obecnie, ani w przyszłości. Natomiast w przypadku sygnałów stochastycznych istnieje pewien stopień niepewności co do ich wartości, zanim się pojawią. 2

4 3) Sygnały o skończonej energii i skończonej mocy czyli takie, w których całkowita energia lub średnia moc sygnału są większe od zera i mniejsze od nieskończoności. Z powyższego wynika, że sygnał o skończonej energii ma moc czynną równą zeru, a sygnał o skończonej mocy ma nieskończoną energię. W teorii sygnałów, oprócz ich analizy w dziedzinie czasu, rozpatruje się także ich właściwości w dziedzinie częstotliwości czyli bada się charakterystyki widmowe, przy czym przyjmuje się, że widmo to rozkład wartości określonej wielkości fizycznej w zależności od jej częstotliwości. Powstaje ono w wyniku operacji matematycznej polegającej na rozłożeniu sygnału na składowe przebiegi harmoniczne o różnych częstotliwościach. W praktyce najczęściej do tego celu wykorzystywana jest transformata Fouriera, określająca zależność między przebiegiem czasowym a widmem częstotliwościowym sygnału. 3. Proces modulacji Modulacja to proces polegający na zmienianiu jednego z parametrów fali nośnej zgodnie ze zmianami sygnału informacyjnego. Sygnał informacyjny jest rozumiany jako różnowartościowa funkcja czasu wytwarzana przez źródło informacji, którym może być mowa ludzka, faks czy komputer. Ujmując rzecz bardziej obrazowo, modulacja stanowi przeniesienie sygnału informacyjnego do zakresu częstotliwości o kilka rzędów wielkości wyższego od tego sygnału i w związku z tym bardziej dogodnego do transmisji. W wyniku modulacji powstaje sygnał zmodulowany, który zawiera w sobie pierwotny sygnał informacyjny, lecz ma inne parametry fizyczne (w szczególnym przypadku elektryczne). Technicznie proces modulacji realizowany jest w urządzeniu zwanym modulatorem. Procesem odwrotnym do modulacji, którego celem jest odtworzenie sygnału pierwotnego (modulującego) z sygnału zmodulowanego, jest demodulacja, realizowana w urządzeniu zwanym demodulatorem. Ogólną ideę procesu modulacji przedstawia rys. 3.1 Sygnał modulujący Sygnał zmodulowany Sygnał nośny Rys. 3.1 Ogólny schemat procesu modulacji 3

5 Zastosowanie modulacji zapewnia: wzrost skuteczności przesyłania sygnałów oryginalnych, dopasowanie widmowe sygnału do charakterystyki przenoszenia kanału, wzrost sprawności transmisji, prostsze urządzenia nadawcze dla sygnałów wysokiej częstotliwości (w.cz.), możliwość zwielokrotnienia sygnałów w torze, uodpornienie na szumy i zakłócenia, wzrost dokładności przy zastosowaniach w pomiarach i automatyce (sterowaniu) Najbardziej ogólnie, modulacje dzielimy na ciągłe i impulsowe. Modulacje ciągłe, ze względu na charakter fali nośnej, nazywane są również modulacjami sinusoidalnymi lub harmonicznymi. Natomiast w modulacji impulsowej falę nośną stanowi okresowy ciąg impulsów prostokątnych. Ogólny podział modulacji przedstawiono Modulacje Ciągłe Impulsowe Amplitudowe Kątowe Analogowe Cyfrowe na rys. 3.2 Częstotliwości Fazy Amplitudy impulsów Szerokości impulsów Położenia impulsów Gęstości impulsów Rys. 3.2 Podział modulacji W przypadku modulacji ciągłej, w zależności od tego, który z parametrów fali nośnej jest zmieniany w takt sygnału informacyjnego, wyróżnia się modulację amplitudy (AM) oraz modulacje kąta w postaci modulacji fazy (PM) lub modulacji częstotliwości (FM). Tego typu modulacje znajdują zastosowanie w prostych systemach radiokomunikacyjnych (np. CB Radio, PMR, krótkofalarstwo). 3.1 Modulacja amplitudy (AM) Modulacja amplitudy (ang. Amplitude Modulation) jest najstarszym i najprostszym sposobem modulacji. Stosowana jest ona w systemach radiokomunikacji ruchomej i 4

6 radiofonii pracujących w zakresie fal długich ( khz), średnich ( khz) i krótkich (3 30 MHz). Modulacja amplitudy polega na nakładaniu sygnału modulującego f m (rys 3.1.b) na częstotliwość nośną f 0 (rys 3.3) w ten sposób, że w takt zmian napięcia sygnału modulującego zmianie ulega wartość amplitudy sygnału modulowanego, przy czym f 0 >>f m. Sygnał modulujący można określić zależnością : m(t) = A m cos(2 f m t) (1) gdzie: A m amplituda sygnału modulującego f m częstotliwość sygnału modulującego Reprezentację graficzną takiego przebiegu prezentuje rys. 3.3 Rys. 3.3 Sygnał modulujący Podobnie może zostać zapisany sygnał nośny: c(t) = A 0 cos(2 f 0 t) (2) gdzie: A 0 amplituda sygnału nośnego, f 0 częstotliwość sygnału nośnego (f 0» f m ) W wyniku nakładania sygnału modulującego na sygnał nośny powstaje sygnał zmodulowany w postaci: s(t) = A 0 [1+k a m(t)] cos(2 f 0 t), (3) który można też zapisać w postaci: s(t) = A 0 cosω 0 t + A 1 f(t)cosω 0 t (4) 5

7 Pierwszy składnik reprezentuje falę nośną, natomiast drugi wstęgi boczne. Ilustrację tego procesu przedstawia rysunek 3.4 Rys. 3.4 Modulacja amplitudy [6] Podstawowym parametrem charakteryzującym modulację amplitudy jest współczynnik głębokości modulacji. Współczynnik głębokości modulacji μ wyraża stosunek zmian amplitudy przebiegu modulującego do amplitudy fali nośnej. Wartość tego współczynnika określa wzór: A m ka Am (5) A0 gdzie A 0 amplituda fali nośnej [V] A m amplituda sygnału modulującego [V] k a współczynnik proporcjonalności przyjmujący wartości z zakresu (0;1) Współczynnik głębokości modulacji często wyrażany jest w procentach i wyliczany ze wzoru: A A m 0 100% (6) A 0 a uzyskana w ten sposób wielkość określana jest mianem sprawności modulacji. W zastosowaniach praktycznych, przy pomiarach oscyloskopowych wykorzystuje się zazwyczaj wzór (7): U max min (7) U max U U min 6

8 gdzie: U max maksymalna amplituda zmierzonego przebiegu [V] U min minimalna amplituda zmierzonego przebiegu [V] Współczynnik ten nie powinien przekraczać wartości 1 (100 %), w przeciwnym bowiem wypadku nastąpi przemodulowanie sygnału, co spowoduje zniekształcenie jego obwiedni i problemy z odtworzeniem z niego sygnału informacyjnego w procesie demodulacji. Z praktycznego punktu widzenia przyjmuje się, że wartość współczynnika głębokości modulacji powinna oscylować w granicach 80%, co zapewnia odpowiednią rezerwę na sygnały o większych chwilowych wartościach amplitudy. Modulacja amplitudy, podobnie jak każda z modulacji analogowych, powoduje przeniesienie widma sygnału modulującego w pobliże sygnału nośnego, gdzie dla modulacji AM powstają dwie wstęgi boczne (górna powyżej f 0 i dolna poniżej f 0 ) będące swoimi zwierciadlanymi odbiciami względem osi symetrii tworzonej przez częstotliwość nośną. Każda ze wstęg bocznych zawiera pełną informację o sygnale modulującym, może więc on zostać odtworzony na podstawie tylko jednej z nich. W procesie modulacji amplitudy pojedynczym sygnałem f m wokół częstotliwości nośnej f 0 powstają dwa dodatkowe prążki o tych samych amplitudach i częstotliwościach f 0 -f m oraz f 0 +f m. W systemach radiokomunikacji ruchomej sygnałem modulującym jest zazwyczaj ludzka mowa czyli sygnał akustyczny o określonym paśmie. W przypadku systemów radiowych przyjmuje się, że to pasmo tworzy przedział <300, 3000 Hz>. W związku z powyższym, w rzeczywistych systemach, wokół częstotliwości nośnej powstają dwie odpowiednie wstęgi boczne. Ilustrację powyższego stanowi rys.3.5 a) b) Pasmo modulujące Wstęga dolna Wstęga górna f m f s - f m f s f s + f m f f s f s -300 f s +300 f s f s f Rys. 3.5 Widmo sygnału AM Jak można wywnioskować rysunku 3.5.b zmodulowany przebieg AM, w związku z występowaniem wstęg górnej i dolnej, zajmuje dwukrotnie większe pasmo niż sam sygnał 7

9 modulujący. Dokładniej rzecz ujmując, pasmo sygnału AM jest dwukrotnie większe od maksymalnej wartości częstotliwości sygnału informacyjnego. A zatem, uwzględniając szerokość pasma rozmównego określoną wcześniej, oznacza to, że na transmisję pełnego sygnału AM potrzeba pasma o szerokości co najmniej 6 khz. W praktyce, w rzeczywistych systemach radiokomunikacyjnych, odstęp międzykanałowy wynosi nie mniej niż 10 khz, co pozwala uniknąć wzajemnych zakłóceń między sąsiednimi kanałami. Całkowita moc nadajnika AM wypromieniowana przez antenę składa się z mocy fali nośnej oraz mocy dwóch wstęg bocznych. Stosunek mocy wstęg bocznych (P 2b ) do mocy fali nośnej (P o ) wyrażany jest wzorem (8): 2 P2 b P 0 2 Z powyższego wzoru wynika, że moc użyteczna obu wstęg bocznych wynosi co najwyżej 1/2 mocy wypromieniowanej (osiągnie maksimum, gdy m = 1). Wówczas nośna stanowi 1/2 mocy wypromieniowanej. Z punktu widzenia wydatku energetycznego transmisja takiego sygnału jest nieefektywna. Jak już wcześniej zauważono, każda wstęga boczna zawiera pełną informację o sygnale modulującym, stąd może zostać on odtworzony na podstawie tylko jednej z nich. Dzięki tej obserwacji powstały modulacje amplitudy eliminujące nadmierne zapotrzebowanie na energię, takie jak modulacja amplitudy z wytłumioną falą nośną DSB czy modulacja jednowstęgowa SSB. Do zalet modulacji AM zalicza się prostotę układową i wąskie pasmo zajmowanych częstotliwości. Natomiast podstawowe wady tego procesu, to niska sprawność i podatność na zakłócenia. Oprócz pełnej modulacji AM, wyróżnia się następujące jej odmiany: AM-SC (DSB, DSB-SC) (ang. Amplitude Modulation Suppressed Carrier, Double Side Band) dwuwstęgowa modulacja amplitudy z wytłumioną falą nośną, VSB (ang. Vestigial Sideband) modulacja amplitudy z częściowo tłumioną wstęga boczną (C3F), SSB-FC (ang. Single Side Band Full Carrier) jednowstęgowa modulacja amplitudy z falą nośną (H3E), SSB-RC (ang. Single Side Band Reduced Carrier) jednowstęgowa modulacja amplitudy z częściowo wytłumioną falą nośną (R3E), (8) 8

10 SSB-SC (ang. Single Side Band Suppressed Carrier) jednowstęgowa modulacja amplitudy z wytłumioną falą nośną (min. 45 db) oznaczana często jako SSB (J3E). Ostatnia z wymienionych modulacji jest najefektywniejsza pod względem energetycznym, gdyż do przesłania informacji zmodulowanej SSB-SC wystarczy tylko 25% mocy potrzebnej do przesłania tego samego sygnału zmodulowanego "pełną" modulacją amplitudy i zajmuje węższe pasmo, jest jednak najtrudniejsza do realizacji praktycznej. Modulacja SSB stosowana jest w krótkofalarstwie. 3.2 Modulacja FM Modulacja FM (Frequency Modulation) czyli modulacja częstotliwości jest postacią modulacji kąta, przy której częstotliwość chwilowa f i (t) sygnału nośnego zmienia się liniowo wraz z sygnałem informacyjnym zgodnie z zależnością (3), natomiast amplituda pozostaje bez zmian: f i (t) = f s + k f m(t) (9) gdzie: f s częstotliwość modulowanej fali nośnej [Hz], k f czułość częstotliwościowa modulatora (indeks modulacji) [Hz/V], m(t) sygnał informacyjny [V], t czas [s] przy czym zaznaczyć należy, że sygnał informacyjny (modulujący) jest postaci: gdzie: A m amplituda sygnału modulującego [V] f m częstotliwość sygnału modulującego [Hz] m(t) = A m cos(2 f m t) (10) W efekcie nakładania sygnału informacyjnego na sygnał nośny powstaje zmodulowany przebieg FM wyrażany równaniem: t s( t) A0 cos 2 f st 2 k f m( t) dt A0 cos 2 f st sin(2 f mt)] (11) 0 gdzie: A 0 amplituda fali nośnej [V], β - wskaźnik modulacji [rad] Przykładowy przebieg sygnału FM w powiązaniu z przebiegiem nośnym i sygnałem informacyjnym przedstawia rysunek

11 Rys. 3.6 Sygnał FM uzyskiwany przy modulacji pojedynczym tonem a) fala nośna, b) sinusoidalny sygnał modulujący, c) sygnał zmodulowany częstotliwościowo Zaznaczyć należy, że rysunek 3.6 przedstawia przypadek najprostszy tzn. sygnał zmodulowany jednym tonem sinusoidalnym, natomiast w rzeczywistych systemach radiokomunikacyjnych sygnałem modulującym jest zazwyczaj pasmo rozmówne, czyli przedział zdefiniowany w rozdziale Modulację częstotliwości charakteryzują dwa parametry: dewiacja częstotliwości będąca maksymalnym odchyleniem częstotliwości chwilowej f i (t) sygnału FM od częstotliwości nośnej f s wyrażona wzorem: Δf = k A f m, (12) Inaczej mówiąc, dewiacja to różnica między najniższą i najwyższą częstotliwością fali nośnej w trakcie modulacji, a sygnał zmodulowany częstotliwościowo zmienia się w zakresie <f s -Δf; f s+ Δf> wskaźnik modulacji stanowiący stosunek dewiacji częstotliwości Δf do częstotliwości modulującej f m f, (13) f m Ze wzoru (12) wynika, że dewiacja częstotliwości jest proporcjonalna do amplitudy sygnału modulującego i nie zależy w żaden sposób od jego częstotliwości. Przyjęcie dużej, w stosunku do maksymalnej częstotliwości modulującej, wartości tego parametru (czyli co za tym idzie także dużego wskaźnika modulacji) pozwala na ograniczenie zakłóceń częstotliwościowych pojawiających się podczas transmisji przez kanał radiowy, gdyż 10

12 zarówno zakłócenia atmosferyczne, jak i radiowe wpływają głównie na amplitudę sygnału wielkiej częstotliwości, a nie na jego częstotliwość. Jednak okupione jest to wzrostem zajętości pasma sygnału FM. W zależności od wartości wskaźnika modulacji, wyróżnia się dwa rodzaje modulacji FM: wąskopasmową, gdy β jest mniejszy lub równy 1 [rad], szerokopasmową, gdy β >1 [rad] Dla dużych wartości wskaźnika modulacji β szerokość pasma transmisyjnego zbliża się do pełnego zakresu zmian częstotliwości 2Δf, pozostając nieznacznie od niego większa. Z drugiej strony dla małych wartości wskaźnika modulacji β, widmo sygnału FM ogranicza się efektywnie do częstotliwości nośnej f s i jednej pary częstotliwości bocznych f s ± f m, tak, że szerokość pasma jest bliska 2f m. Do oszacowania szerokości pasma B zajmowanego przez sygnał FM zmodulowany pojedynczym tonem sinusoidalnym f m (rozważania dotyczące modulacji niesinusoidalnej można znaleźć np. w [3]) służy empiryczna Reguła Carsona, wyrażona wzorem: B = 2 (Δf max + f mmax ) (14) Z powyższego wynika, że w przypadku modulacji wąskopasmowej o paśmie emisji decyduje wartość częstotliwości przebiegu modulującego, natomiast w przypadku modulacji szerokopasmowej β>>1 pasmo emisji jest w przybliżeniu równe zakresowi zmian częstotliwości chwilowej (a więc podwojonej dewiacji) Ze wzoru (11) wynika, że zmodulowany częstotliwościowo sygnał s(t) jest nieliniową funkcją modulującego sygnału m(t), mimo że częstotliwość chwilowa zmienia się liniowo wraz z sygnałem modulującym. Oznacza to, że modulacja częstotliwości jest procesem nieliniowym. Powoduje to, że widmo sygnału FM nie jest w prosty sposób związane z widmem sygnału modulującego. Przebieg zmodulowany częstotliwościowo składa się częstotliwości nośnej i wstęg bocznych, złożonych z symetrycznych prążków przyległych do częstotliwości nośnej i powtarzających się, w odstępach równych częstotliwości modulującej. Amplituda i liczba występujących par prążków, a więc i szerokość zajmowanego pasma zależy od wartości wskaźnika modulacji, a więc zmienia się w zależności od wartości dewiacji lub częstotliwości modulującej. Ważną cechą sygnału FM jest jego stała obwiednia, równa amplitudzie fali nośnej, gdyż jedną z pożądanych cech modulacji stosowanych w radiokomunikacji ruchomej jest stałość obwiedni sygnału zmodulowanego, wynikająca z konieczności wykorzystywania całej charakterystyki wzmacniacza mocy, również w jej nieliniowym zakresie. 11

13 Modulacja częstotliwości, w porównaniu z modulacją amplitudy wykazuje dwie zasadnicze zalety tzn. stałą moc przebiegu zmodulowanego, niezależną od wskaźnika modulacji oraz mniejszą podatność na zakłócenia atmosferyczne. Natomiast wadą modulacji FM jest mniejszy zasięg niż AM oraz zajmowanie szerszego pasma i konieczność stosowania bardziej skomplikowanych układów elektrycznych. Modulacja częstotliwości stosowana jest najczęściej w systemach radiokomunikacji ruchomej i radiofonii pracujących w zakresie fal ultrakrótkich ( MHz), które wymagają wysokiej jakości przekazywanej informacji i odporności na zakłócenia. 4. Wykaz wykorzystywanych przyrządów - Multimetr elektroniczny M-3270 (rys. 4.1b), - Komputerowa przystawka oscyloskopowa PSC64i (rys. 4.1d), - Komputer PC z systemem Windows 98/NT/2000/XP, - Moduł zasilacza SO3538-8D, - Moduł generatora funkcyjnego SO5127-2R, - Moduł nadawczy sygnału zmodulowanego AM SO3537-8G, - Moduł odbiornika sygnału zmodulowanego AM SO3537-8X, - komputerowa przystawka oscyloskopowa PSC64i, - komputer PC z systemem Windows XP. Rys. 4.1 Multimetr elektroniczny M-3270 Rys. 4.2 Komputerowa przystawka oscyloskopowa PSC64i 12

14 Rys. 4.3 Moduł zasilacza układu SO3538-8D Rys. 4.4 Moduł generatora funkcyjnego SO5127-2R 13

15 Rys.4.5 Moduł nadajnika sygnału zmodulowanego amplitudowo 14

16 Rys. 4.6 Moduł odbiornika sygnału zmodulowanego amplitudowo 15

17 Opis bloków funkcjonalnych znajdujących się w układzie przetwarzania sygnału AM/FM Rys. 4.7 Opis bloków funkcjonalnych modułów AM/FM 5. Uwagi praktyczne Większość obserwacji i pomiarów dokonywana jest przy wykorzystaniu komputerowej przystawki oscyloskopowej. Należy jednak pamiętać, że oglądane za pomocą przystawki przebiegi powstają w wyniku procesu próbkowania, przez co obarczone są pewnym błędem. Błąd ten jest zależny od rodzaju (np. okresowy lub nie) i częstotliwości przebiegu. 16

18 Przy przełączaniu przystawki oscyloskopowej w tryb FFT zwykle należy wyłączyć wyzwalanie OFF. Włączenie wyzwalania ON, wymagane na ogół w trybie DSO, zwykle wymaga korekty poziomu wyzwalania. Jej zaniechanie skutkuje brakiem odświeżania wykresu przebiegu i prowadzi do błędnych odczytów. Jeśli nie zaznaczono inaczej, podczas oglądania widma sygnału w trybie FFT, zawsze najpierw ustawić podstawową częstotliwość sygnału na środku ekranu. Następnie należy upewnić się, że oglądamy właściwy fragment widma wykorzystując marker częstotliwości i dopiero przystąpić do pomiarów - szczegóły w instrukcji obsługi przystawki. Oprogramowanie przystawki pozwala na zapisywanie oglądanych przebiegów, zarówno w trybie oscyloskopu DSO, jak i analizatora widma FFT. W starszej wersji oprogramowania nazwy plików nie mogą mieć jednak więcej niż 8 znaków, dlatego należy zaplanować wcześniej system nazewnictwa plików, np. pierwszy znak to punkt instrukcji, drugi to seria, a reszta to opis. Pod żadnym pozorem nie należy upraszczać ćwiczenia i próbować wykonywać pomiarów/obserwacji jednocześnie z kilku punktów instrukcji. Jest to najszybsza droga do pomyłki w identyfikacji przebiegów, co skutkuje odrzuceniem sprawozdania. Pomimo, że w instrukcji zawsze używa się określeń typu połącz, zestaw połączenie, to jest bardzo prawdopodobne, że dane połączenia będzie już wykonane. Nie należy, więc automatycznie rozłączać tego, co jest połączone najpierw sprawdzamy istniejące połączenia. W nawiasach klamrowych {} podane są ustawienia podstawowych parametrów przyrządu pomiarowego odnoszą się do przyrządu powołanego przed nawiasami. Dla uproszczenia i zwiększenia przejrzystości instrukcji wprowadzono poniższe symbole, które zostały wykorzystane w tekście.: zapisz przebieg na dysku, pytanie, na które odpowiedź musi znaleźć się w sprawozdaniu, 6. Przebieg ćwiczenia 6.1. Zapoznaj się z budową stanowiska laboratoryjnego. Zidentyfikuj wszystkie przyrządy i moduły pomiarowe. Określ poszczególne bloki funkcjonalne każdego z modułów Do wyjścia oscylatora G 160 khz w module CF-Transmitter 20 khz podłącz kanał CH1 (kolor żółty) przystawki oscyloskopowej pracującej w trybie DSO. Ustaw 17

19 synchronizację przystawki na kanał CH1. Podstawa czasu {T/D = 2 µs/dz; V/D1 = 1 V/dz}. Zapoznaj się z kształtem sygnału i korzystając z markerów częstotliwości i napięcia zmierz jego charakterystyczne parametry (okres, amplituda). Wyłącz synchronizację OFF, przełącz się w tryb analizatora widma FFT i zapoznaj się z charakterystyką widmową badanego przebiegu w zakresie pomiarowym {0,4 MHz}. Co to za sygnał 6.3. Podłącz oscylator G do wejścia bloku dzielnika częstotliwości F/N. Do wyjścia dzielnika częstotliwości podłącz kanał CH2 (kolor zielony) przystawki oscyloskopowej pracującej w trybie DSO. Dokonaj kalibracji {T/D = 20 µs/dz; V/D1 = 1 V/dz}. Zapoznaj się z kształtem sygnału i zmierz jego charakterystyczne parametry (okres, amplituda). Jaka jest różnica w stosunku do sygnału uzyskanego w poprzednim punkcie? Co to oznacza. Przełącz przystawkę oscyloskopową w tryb FFT {40 khz} i zapoznaj się z charakterystyką widmową kanału CH2. Jaka jest różnica w stosunku do charakterystyki widmowej uzyskanej w poprzednim punkcie? 6.4. Przełącz przystawkę oscyloskopową w tryb oscyloskopu DSO. Kanał CH1 przystawki oscyloskopowej podłącz do wyjścia bloku konwertera sygnału. {T/D = 20 µs/dz; V/D1 = 1 V/dz}. Porównaj sygnały na kanale CH1 i CH2. Zapoznaj się z kształtem sygnału i zmierz jego charakterystyczne parametry (okres, amplituda) Co to oznacza? Następnie podaj ten sygnał na wejście modulatora AM/DSB. Modulator i demodulator AM 6.5. Do wyjścia 0 20 Vss generatora funkcyjnego SO R podłącz kanał CH1 przystawki oscyloskopowej {T/D = 0,2 ms/dz; V/D1 = 1 V/dz}. Ustaw sygnał sinusoidalny 2 Vpp o częstotliwości 1 khz (do ustawienia częstotliwości wykorzystaj tryb analizatora widma przystawki oscyloskopowej (FFT)) zarejestruj przebiegi z obu trybów (oscyloskop i analizator widma) pracy przystawki z odpowiednimi parametrami Sygnał z wyjścia 0 20 Vss generatora funkcyjnego SO R z ustawionym uprzednio sygnałem wyjściowym podaj na wejście filtra pasmowego 300 Hz 3400 Hz w module CF-Transmitter 20 khz. Kanał CH2 przystawki oscyloskopowej podłącz 18

20 do wyjścia filtra pasmowego 300 Hz 3400 Hz. Co różni przebieg na wyjściu generatora sygnałowego od przebiegu na wyjściu filtra pasmowego? 6.7. Sygnał z wyjścia filtra pasmowego 300 Hz 3400 Hz podaj na wejście modulatora AM/DSB. Ustaw pracę modulatora w tryb AM. Podłącz kanał pierwszy przystawki oscyloskopowej, pracującej w trybie DSO, CH1 w miejsce CH2. Kanał CH2 podłącz do wyjścia modulatora AM/DSB {T/D = 0,2 ms/dz; V/D1 = V/D2 = 1 V/dz}. Wykorzystując markery napięcia określ wartości maksymalne i minimalne napięcia sygnału AM. Na tej podstawie określ współczynnik głębokości modulacji. Zmierz częstotliwość sygnału na kanale CH2. Gdzie wcześniej została uzyskana taka częstotliwość i co to oznacza? Przełącz przystawkę oscyloskopową w tryb FFT {40 khz}. Zapoznaj się z widmem sygnału na kanale CH2. Wykorzystując marker częstotliwości zmierz prążek główny i trzy najbliższe harmoniczne Zmień na generatorze funkcyjnym SO R wartość napięcia międzyszczytowego na 1 V PP i wykonaj wszystkie czynności z punktu 6.7. Następnie ustaw na generatorze funkcyjnym SO R wartość napięcia na 3 V PP i ponownie dokonaj obserwacji i pomiarów jak w punkcie 6.7. Jak zmienia się wartość współczynnika głębokości modulacji? Co to oznacza? Przywróć początkową wartość napięcia na generatorze Sygnał z wyjścia wzmacniacza sygnałowego podaj na wejście odbiornika AM SSB DSB Receiver. Sygnał z wyjścia wzmacniacza regulowanego podaj na wejście demodulatora AM układu odbiornika. Kanał CH1 przystawki oscyloskopowej pracującej w trybie DSO podłącz do wejścia demodulatora AM kanał CH2 podłącz do wyjścia demodulatora AM {T/D = 0,2 ms/dz; V/D1 = V/D2 = 1 V/dz}. Co różni oba przebiegi, co to oznacza? Podaj sygnał z demodulatora AM na wejście filtra pasmowego 300 Hz 3400 Hz na końcu układu. Kanał CH2 podłącz do wyjścia filtra układu odbiornika. Kanał CH1 podłącz do wyjścia 0 20 Vss generatora sygnałowego SO R {T/D = 0,2 ms/dz; V/D1 = 1 V/dz V/D2 = 0,2 V/dz}. Zapoznaj się z kształtem sygnałów i korzystając z markerów częstotliwości i napięcia zmierz charakterystyczne parametry każdego z nich (okres, amplituda). Co różni przebiegi i dlaczego? 19

21 Modulator i demodulator DSB Przełącz modulator AM w tryb DSB. Kanał CH1 przystawki podłącz do wejścia modulatora DSB. Kanał CH2 do wyjścia modulatora DSB. {T/D = 0,2 ms/dz; V/D1 = 1 V/dz V/D2 = 0,5 V/dz}. Jakie widzisz różnice w stosunku do sygnału AM uzyskanego w punkcie 6.7? Przełącz przystawkę w tryb analizatora widma. Zapoznaj się z widmem kanału CH2. Co się zmieniło w stosunku do sygnału AM? Sygnał z wyjścia modulatora DSB podłącz do wejścia wzmacniacza układu nadajnika. Odłącz sygnał z filtra pasmowego w celu uniknięcia sumowania sygnałów. Sygnał z wejścia wzmacniacza regulowanego odłącz od wejścia demodulatora AM i podłącz na wejście do modulatora DSB/SSB. Drugie wejście demodulatora DSB/SSB połącz z wyjściem dzielnika częstotliwości F/N. Kanał CH1 przystawki oscyloskopowej podłącz do wejścia demodulatora DSB/SSB, natomiast kanał CH2 do wyjścia tego modulatora. Zapoznaj się z kształtem sygnałów w dziedzinie czasu i częstotliwości. Jakie są różnice w stosunku do przebiegów uzyskanych na wyjściu demodulatora AM? Sygnał z wyjścia demodulatora DSB/SSB podaj na wejście filtru pasmowego układu odbiornika, a kanał drugi CH2 na wyjście filtra pasmowego układu {T/D = 0,2 ms/dz; V/D1 = 1 V/dz V/D2 = 0,2 V/dz}. Zapoznaj się z kształtem sygnałów i korzystając z markerów częstotliwości i napięcia zmierz charakterystyczne parametry każdego z nich (okres, amplituda). Czy występują jakieś różnice w stosunku do demodulowanego sygnału AM? Modulator i demodulator FM Dwa moduły generatorów sygnałowych (SO R) G1 i G2 połącz w taki sposób, by sygnał z wyjścia 0 20 V SS generatora pierwszego G1 podać na wejście V CO generatora drugiego G2. Na generatorze G1 ustaw przebieg sinusoidalny U 1 o częstotliwości f 1 = 80 Hz i napięciu U 1 = 1 do 2 V PP. Na generatorze G2 analogicznie ustaw przebieg sinusoidalny U 2 o częstotliwości f 2 = 1 khz i napięciu U 2 = 1 do 2 V PP. Kanał CH1 przystawki oscyloskopowej pracującej w trybie DSO podłącz do wyjścia 0 20 V SS generatora G1 {T/D = 1 ms/dz; V/D1 = 0,5 V/dz}, kanał CH2 do wyjścia 0 20 V SS generatora G2 {T/D = 0,2 ms/dz; V/D2 = 0,5 V/dz} Obserwuj na 20

22 oscyloskopie obydwa przebiegi zmieniaj częstotliwość f 1 w granicach +/- 40 Hz dla uzyskania synchronizacji przebiegów. Zapisz otrzymane przebiegi i uzasadnij ich kształt oraz ewentualne zachodzące w nich zmiany Przełącz przystawkę oscyloskopową na tryb FFT w zakresie pracy {10 khz}. Za pomocą markerów określ parametry charakterystyczne zmodulowanego przebieg FM (wyjście 0 20 V SS generatora G2) oraz pasmo częstotliwości zajmowane przez ten przebieg. 7. Wykonanie sprawozdania W sprawozdaniu nie należy umieszczać podstaw teoretycznych dotyczących wykonanego ćwiczenia ani opisów stanowiska laboratoryjnego. Sprawozdanie musi zawierać wszystkie wyniki pomiarów i wszystkie zarejestrowane przebiegi, prezentowane wg kolejności ich wykonania. Każdy wynik i przebieg musi być opatrzony numerem punktu instrukcji wg, którego został zarejestrowany. Każdy przebieg musi być opatrzony opisem, wyjaśniającym, co przedstawia i gdzie (miejsce układu pomiarowego) został zarejestrowany. W sprawozdaniu muszą się znaleźć odpowiedzi na wszystkie postawione w instrukcji pytania, ponumerowane wg punktów, w których zostały postawione. Zarówno opisy, jak i odpowiedzi, mają być zwięzłe, ale przedstawione pełnymi zdaniami. Wnioski powinny zawierać podsumowanie przeprowadzonych pomiarów. Szczególny nacisk należy położyć na zaprezentowanie różnic i podobieństw pomiędzy wynikami pomiarów i obserwacji w zależności od zmian częstotliwości i poziomów sygnałów nośnej i modulującej. 8. Literatura 1. Haykin S. Systemy telekomunikacyjne, WKiŁ, Warszawa 1998 r. 2. Read R,. Telekomunikacja, WKiŁ, Warszawa 1998 r. 3. Smyczek J., Systemy transmisji informacji t.1. Teoria sygnałów, modulacje analogowe, Wydawnictwo uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 2003 r. 4. Hyla M., Radioelektronika. Ćwiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice