Bir radyo mühendisliği sinyalinin frekans modülasyonu yöntemi. Sinyallerin temel özellikleri Radyo elektroniğinde kullanılan sinyal türleri

Bölüm 1 Radyo Mühendisliği Sinyallerinin Genel Teorisinin Unsurları

"Sinyal" terimi genellikle sadece bilimsel ve teknik konularda değil, aynı zamanda günlük yaşamda da bulunur. Bazen terminolojinin ciddiyetini düşünmeden sinyal, mesaj, bilgi gibi kavramları tanımlarız. Bu genellikle yanlış anlamalara yol açmaz, çünkü "sinyal" kelimesi geniş bir anlam aralığına sahip olan Latince "signum" - "işaret" teriminden gelir.

Bununla birlikte, teorik radyo mühendisliği üzerine sistematik bir çalışmaya başlayarak, mümkünse "sinyal" kavramının anlamını netleştirmek gerekir. Kabul edilen geleneğe göre, bir sinyal, mesajları görüntülemeye, kaydetmeye ve iletmeye hizmet eden bir nesnenin fiziksel durumunu zaman içinde değiştirme süreci olarak adlandırılır. İnsan faaliyetinin pratiğinde, mesajlar, içlerinde bulunan bilgilerle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır.

"Mesaj" ve "bilgi" kavramlarına dayanan konuların yelpazesi çok geniştir. Mühendislerin, matematikçilerin, dilbilimcilerin, filozofların yakından ilgilendiği bir nesnedir. 40'lı yıllarda, K. Shannon, derin bir bilimsel yön - bilgi teorisi geliştirmenin ilk aşamasını tamamladı.

Burada bahsedilen sorunların kural olarak "Radyo devreleri ve sinyalleri" dersinin kapsamının çok ötesine geçtiği söylenmelidir. Bu nedenle, bu kitap, sinyalin fiziksel görünümü ile içerdiği mesajın anlamı arasındaki ilişkiyi açıklamayacaktır. Ayrıca, mesajda ve nihayetinde sinyalde yer alan bilgilerin değeri sorusu tartışılmayacaktır.

1.1. Radyo mühendisliği sinyallerinin sınıflandırılması

Herhangi bir yeni nesne veya fenomeni incelemeye başlarken, bilim her zaman onların ön sınıflandırmasını yapmaya çalışır. Aşağıda, sinyallerle ilgili olarak böyle bir girişimde bulunulmaktadır.

Ana amaç, sınıflandırma kriterlerinin yanı sıra bir sonraki için çok önemli olan belirli bir terminoloji oluşturmaktır.

Matematiksel modeller aracılığıyla sinyallerin tanımı.

Fiziksel süreçler olarak sinyaller, elektronik osiloskoplar, voltmetreler, alıcılar gibi çeşitli alet ve cihazlar kullanılarak incelenebilir. Bu ampirik yöntemin önemli bir dezavantajı vardır. Deneyci tarafından gözlemlenen fenomenler, her zaman, temel özelliklerini yargılamayı, değişen koşullar altında sonuçları tahmin etmeyi mümkün kılacak genelleme derecesinden yoksun, özel, izole tezahürler olarak görünür.

Sinyalleri teorik çalışmanın ve hesaplamaların nesneleri yapmak için, matematiksel açıklamalarının yöntemini belirtmeli veya modern bilim dilinde incelenen sinyalin matematiksel bir modelini oluşturmalısınız.

Bir sinyalin matematiksel modeli, örneğin, argümanı zaman olan işlevsel bir bağımlılık olabilir. Kural olarak, gelecekte, bu tür matematiksel sinyal modelleri, Latin alfabesi s (t), u (t), f (t), vb.

Bir modelin oluşturulması (bu durumda fiziksel bir sinyal), bir olgunun özelliklerinin sistematik olarak incelenmesine yönelik ilk temel adımdır. Her şeyden önce, matematiksel model, sinyal taşıyıcının özel doğasından soyutlama yapılmasına izin verir. Radyo mühendisliğinde aynı matematiksel model, akım, voltaj, elektromanyetik alan gücü vb. eşit başarıyla açıklar.

Matematiksel bir model kavramına dayanan soyut yöntemin temel yanı, nesnel olarak kesin olarak önemli görünen sinyallerin özelliklerini tam olarak tanımlama fırsatına sahip olmamızdır. Aynı zamanda, çok sayıda ikincil işaret göz ardı edilir. Örneğin, vakaların ezici çoğunluğunda, deneysel olarak gözlemlenen elektriksel salınımlara karşılık gelen tam işlevsel bağımlılıkları seçmek son derece zordur. Bu nedenle, araştırmacı, kendisine sunulan tüm bilgi setinin rehberliğinde, belirli bir durumda fiziksel süreci en iyi ve en basit şekilde tanımlayanları mevcut matematiksel sinyal modelleri cephaneliğinden seçer. Dolayısıyla bir model seçmek oldukça yaratıcı bir süreçtir.

Sinyalleri tanımlayan fonksiyonlar hem gerçek hem de karmaşık değerler alabilir. Bu nedenle, aşağıda sıklıkla gerçek ve karmaşık sinyaller hakkında konuşacağız. Şu veya bu ilkenin kullanımı matematiksel bir kolaylık meselesidir.

Sinyallerin matematiksel modellerini bilerek, bu sinyalleri birbirleriyle karşılaştırabilir, kimliklerini ve farklılıklarını belirleyebilir ve bir sınıflandırma yapabilir.

Tek boyutlu ve çok boyutlu sinyaller.

Radyo mühendisliği için tipik bir sinyal, bir devrenin terminallerindeki voltaj veya bir daldaki akımdır.

Zamanın bir fonksiyonu ile tanımlanan böyle bir sinyale genellikle tek boyutlu denir. Bu kitapta, çoğunlukla tek boyutlu sinyaller incelenecektir. Bununla birlikte, bazen çok boyutlu veya vektör biçimindeki sinyalleri dikkate almak uygundur.

bazı tek boyutlu sinyaller tarafından oluşturulur. N tamsayısına böyle bir sinyalin boyutu denir (terminoloji lineer cebirden ödünç alınmıştır).

Çok boyutlu bir sinyal, örneğin, bir çok kutbun terminallerindeki bir voltaj sistemidir.

Çok boyutlu bir sinyalin, tek boyutlu sinyallerin sıralı bir koleksiyonu olduğuna dikkat edin. Bu nedenle, genel durumda, farklı bileşen sırasına sahip sinyaller birbirine eşit değildir:

Çok değişkenli sinyal modelleri, özellikle karmaşık sistemlerin işleyişinin bir bilgisayar kullanılarak analiz edildiği durumlarda kullanışlıdır.

Deterministik ve rastgele sinyaller.

Radyo-teknik sinyallerin bir başka sınıflandırma ilkesi, anlık değerlerini herhangi bir zamanda doğru bir şekilde tahmin etme olasılığına veya imkansızlığına dayanmaktadır.

Sinyalin matematiksel modeli böyle bir tahmine izin veriyorsa, sinyale deterministik denir. Atama yöntemleri değiştirilebilir - matematiksel bir formül, bir hesaplama algoritması ve son olarak sözlü bir açıklama.

Kesin olarak konuşursak, deterministik sinyaller ve bunlara karşılık gelen deterministik süreçler mevcut değildir. Sistemin çevreleyen fiziksel nesnelerle kaçınılmaz etkileşimi, kaotik termal dalgalanmaların varlığı ve sistemin ilk durumu hakkında eksik bilgi - tüm bunlar bizi gerçek sinyalleri zamanın rastgele işlevleri olarak düşünmeye zorlar.

Radyo mühendisliğinde, rastgele sinyaller genellikle kendilerini girişim olarak göstererek alınan dalga biçiminden bilgi alınmasını engeller. Girişime karşı koyma, radyo alımının gürültü bağışıklığını artırma sorunu, radyo mühendisliğinin temel sorunlarından biridir.

"Rastgele sinyal" kavramı tartışmalı görünebilir. Ancak öyle değil. Örneğin, bir kozmik radyasyon kaynağına yönlendirilen bir radyo teleskop alıcısının çıkışındaki sinyal, doğal bir nesne hakkında çeşitli bilgiler taşıyan kaotik salınımlardır.

Deterministik ve rastgele sinyaller arasında aşılmaz bir sınır yoktur.

Sıklıkla, girişim seviyesinin bilinen bir şekle sahip faydalı bir sinyal seviyesinden çok daha az olduğu durumlarda, eldeki görev için daha basit bir deterministik modelin oldukça yeterli olduğu ortaya çıkar.

Rastgele sinyallerin özelliklerinin analizi için son yıllarda geliştirilen istatistiksel radyo mühendisliği yöntemleri, birçok özel özelliğe sahiptir ve olasılık teorisinin matematiksel aparatına ve rastgele süreçler teorisine dayanmaktadır. Bu kitabın bazı bölümleri tamamen bu tür sorulara ayrılacaktır.

Dürtü sinyalleri.

Radyo mühendisliği için çok önemli bir sinyal sınıfı, dürtülerdir, yani yalnızca sınırlı bir süre içinde var olan salınımlardır. Bu durumda, video darbeleri (Şekil 1.1, a) ve radyo darbeleri (Şekil 1.1, b) arasında bir ayrım yapılır. Bu iki ana dürtü türü arasındaki fark aşağıdaki gibidir. Eğer - video darbesi, o zaman ilgili radyo darbesi (frekans ve başlangıç keyfidir). Bu durumda, işleve radyo darbesinin zarfı denir ve işleve doldurma adı verilir.

Pirinç. 1.1. Darbe sinyalleri ve özellikleri: a - video darbesi, b - radyo darbesi; c - darbenin sayısal parametrelerinin belirlenmesi

Teknik hesaplamalarda, darbenin "ince yapısının" ayrıntılarını dikkate alan eksiksiz bir matematiksel model yerine, genellikle şekli hakkında basitleştirilmiş bir fikir veren sayısal parametreler kullanırlar. Bu nedenle, bir yamuk şekline yakın bir video darbesi için (Şekil 1.1, c), genliğini (yüksekliğini) A belirlemek gelenekseldir. Zaman parametrelerinden darbe süresini, ön süreyi ve kesme süresini gösterir.

Radyo mühendisliğinde, genlikleri bir mikrovolt'un kesirlerinden birkaç kilovolta kadar değişen ve süreleri bir nanosaniyenin kesirlerine ulaşan voltaj darbeleriyle ilgilenirler.

Analog, ayrık ve sayısal sinyaller.

Radyo-teknik sinyallerin sınıflandırılması ilkelerine kısa bir genel bakışın ardından, aşağıdakileri not ediyoruz. Çoğu zaman bir sinyal üreten fiziksel süreç, sinyal değerlerinin ölçülebileceği şekilde zamanla gelişir. zaman içinde herhangi bir an. Bu sınıfın sinyalleri genellikle analog (sürekli) olarak adlandırılır.

"Analog sinyal" terimi, böyle bir sinyalin, onu oluşturan fiziksel sürece tamamen benzer şekilde "analog" olduğunu vurgular.

Tek boyutlu bir analog sinyal, sürekli veya kırılma noktalı olabilen grafiği (osilogram) ile açıkça temsil edilir.

Başlangıçta, radyo mühendisliğinde yalnızca analog tipte sinyaller kullanıldı. Bu tür sinyaller, nispeten basit teknik sorunları (radyo iletişimi, televizyon vb.) başarıyla çözmeyi mümkün kıldı. Analog sinyallerin üretilmesi, alınması ve işlenmesi o sırada mevcut olan araçları kullanarak kolaydı.

Radyo mühendisliği sistemleri için artan gereksinimler, çeşitli uygulamalar, yapılarının yeni ilkelerini aramaya zorladı. Bazı durumlarda, analog sistemlerin yerini, çalışması ayrık sinyallerin kullanımına dayanan darbe sistemleri almıştır. Ayrık bir sinyalin en basit matematiksel modeli, zaman ekseninde, her birinde sinyalin referans değerinin belirlendiği sayılabilir bir nokta kümesidir - bir tam sayı). Tipik olarak, her sinyal için örnekleme hızı sabittir.

Ayrık sinyallerin analog sinyallere göre avantajlarından biri, sinyali her zaman sürekli olarak yeniden üretmeye gerek olmamasıdır. Bu nedenle, aynı radyo bağlantısı üzerinden farklı kaynaklardan mesajları iletmek, kanalların zaman bölümü ile çok kanallı iletişimi organize etmek mümkün hale gelir.

Sezgisel olarak, zamanla değişen hızlı analog sinyallerin örneklenmesi için küçük adımlar gerekir. ch. 5 Temelde önemli olan bu konu ayrıntılı olarak incelenecektir.

Ayrık sinyallerin özel bir türü dijital sinyallerdir. Okuma değerlerinin sayı şeklinde sunulması ile karakterize edilirler. Uygulama ve işlemenin teknik kolaylığı nedeniyle, genellikle sınırlı ve genellikle çok fazla olmayan basamaklı ikili sayılar kullanılır. Son zamanlarda, dijital sinyalli sistemlerin yaygın olarak benimsenmesine yönelik bir eğilim olmuştur. Bu, mikroelektronik ve entegre devre ile elde edilen önemli ilerlemelerden kaynaklanmaktadır.

Özünde, herhangi bir ayrık veya dijital sinyalin (bir sinyalden bahsediyoruz - matematiksel bir model değil, fiziksel bir süreç) bir analog sinyal olduğu akılda tutulmalıdır. Böylece, yavaş değişen bir analog sinyal, aynı süreye sahip bir dizi dikdörtgen video darbesi biçimindeki ayrı görüntüsüyle karşılaştırılabilir (Şekil 1.2, a); ethnh darbelerinin yüksekliği, referans noktalarındaki değerlerle orantılıdır. Bununla birlikte, darbelerin yüksekliğini sabit tutarak, ancak sürelerini mevcut okuma değerlerine göre değiştirerek farklı davranabilirsiniz (Şekil 1.2, b).

Pirinç. 1.2. Analog sinyalin ayrıklaştırılması: a - değişken genlikte; b - sayma darbelerinin değişken süresi ile

Örnekleme noktalarındaki analog sinyal değerlerinin tek tek video darbelerinin alanıyla orantılı olduğunu varsayarsak, burada sunulan iki analog sinyal örnekleme yöntemi eşdeğer hale gelir.

Örnek değerlerin sayı biçiminde sabitlenmesi, ikincisi bir dizi video darbesi şeklinde görüntülenerek de gerçekleştirilir. İkili sayı sistemi bu prosedür için idealdir. Örneğin, yüksek bir seviyeyi bir ile ve düşük bir potansiyel seviyeyi sıfır ile ilişkilendirebilirsiniz, f Ayrık sinyaller ve özellikleri ayrıntılı olarak Ch'de incelenecektir. 15.

Bilim, herhangi bir fenomeni, süreci veya nesneyi incelemeye başlamadan önce, onları her zaman mümkün olan en fazla sayıda işarete göre sınıflandırmaya çalışır. Radyo sinyalleri ve parazitle ilgili olarak benzer bir girişimde bulunalım.

Radyo teknik sinyalleri alanındaki temel kavramlar, terimler ve tanımlar, “Radyo teknik sinyalleri” devlet standardı tarafından belirlenir. Terimler ve tanımlar". Radyo-teknik sinyaller çok çeşitlidir. Çeşitli özelliklere göre sınıflandırılabilirler.

1. Radyo-teknik sinyalleri zaman ve fiziksel koordinatlarda verilen matematiksel fonksiyonlar şeklinde düşünmek uygundur. Bu bakış açısından, sinyaller ikiye ayrılır. tek boyutlu ve çok boyutlu... Uygulamada, tek boyutlu sinyaller en yaygın olanıdır. Bunlar genellikle zamanın işlevleridir. Çok boyutlu sinyaller birçok tek boyutlu sinyalden oluşur ve buna ek olarak konumlarını n- boyutlu uzay. Örneğin, bir nesnenin, doğanın, insanın veya hayvanın görüntüsü hakkında bilgi taşıyan sinyaller, düzlemde hem zamanın hem de konumun işlevleridir.

2. Zamansal gösterim yapısının özelliklerine göre, tüm radyo teknik sinyalleri alt bölümlere ayrılır. analog, ayrık ve dijital... 1 numaralı derste, temel özellikleri ve birbirlerinden farklılıkları zaten dikkate alınmıştır.

3. Önsel bilginin mevcudiyet derecesine göre, tüm radyo-teknik sinyal çeşitlerini iki ana gruba ayırmak gelenekseldir: deterministik(düzenli) ve rastgele sinyaller. Radyo-teknik sinyallere, anlık değerleri herhangi bir zamanda güvenilir bir şekilde bilinen deterministik denir. Deterministik bir radyo mühendisliği sinyalinin bir örneği, şekli, genliği ve zamansal konumu önceden bilinen bir harmonik (sinüzoidal) salınım, bir darbe dizisi veya patlamasıdır. Aslında, deterministik bir sinyal herhangi bir bilgi taşımaz ve hemen hemen tüm parametreleri bir veya daha fazla kod değeri ile bir radyo iletişim kanalı üzerinden iletilebilir. Başka bir deyişle, deterministik sinyaller (mesajlar) esasen bilgi içermez ve bunları iletmenin bir anlamı yoktur. Genellikle iletişim sistemlerini, radyo kanallarını veya bireysel cihazları test etmek için kullanılırlar.

Deterministik sinyaller alt bölümlere ayrılır periyodik ve düzenli olmayan (dürtü). Darbe sinyali, bu sinyalin etki etmesi amaçlanan sistemdeki geçici olayın tamamlanma süresiyle orantılı olarak sınırlı bir zaman aralığı için sıfırdan önemli ölçüde farklı olan bir nihai enerji sinyalidir. Periyodik sinyaller harmonik, yani yalnızca bir harmonik içeren ve poliharmonik, spektrumu birçok harmonik bileşenden oluşur. Harmonik sinyaller, sinüs veya kosinüs fonksiyonu ile tanımlanan sinyallerdir. Diğer tüm sinyallere poliharmonik denir.

rastgele sinyaller- bunlar, herhangi bir zamanda anlık değerleri bilinmeyen ve bire eşit bir olasılıkla tahmin edilemeyen sinyallerdir. İlk bakışta paradoksal gibi görünse de, yalnızca rastgele bir sinyal, yararlı bilgiler taşıyan bir sinyal olabilir. İçindeki bilgiler, iletilen sinyaldeki çeşitli genlik, frekans (faz) veya kod değişikliklerine gömülür. Pratikte, yararlı bilgiler içeren herhangi bir radyo sinyali rastgele kabul edilmelidir.

4. Bilgi iletme sürecinde, sinyaller bir veya başka bir dönüşüme tabi tutulabilir. Bu genellikle adlarına yansır: sinyaller modüle edilmiş, demodüle edilmiş(saptanmış), kodlanmış (kodu çözülmüş), güçlendirilmiş, tutuklular, ayrıklaştırılmış, nicelenmiş ve benzeri.

5. Sinyallerin modülasyon sürecinde sahip oldukları amaca göre ikiye ayrılabilirler. modülasyonlu(taşıyıcı dalga biçimini modüle eden birincil sinyal) veya modüle edilmiş(yatak titreşimi).

6. Şu veya bu tür bilgi aktarım sistemlerine ait olarak, telefon, telgraf, yayın, televizyon, radar, genel müdürler, ölçme ve diğer sinyaller.

Şimdi radyo-teknik girişimin sınıflandırmasını ele alalım. Altında Radyo Girişimi yararlı olanla homojen olan ve onunla aynı anda hareket eden rastgele bir sinyali anlayın. Radyo iletişim sistemleri için girişim, iletilen mesajların aslına uygunluğunu bozan yararlı bir sinyal üzerinde herhangi bir kaza sonucu oluşan etkidir. Radyo-teknik girişimin sınıflandırılması da bir dizi işaretle mümkündür.

1. Meydana geldiği yerde, girişim şu şekilde bölünür: harici ve dahili... Ana türleri zaten 1 numaralı derste tartışılmıştır.

2. Girişimin sinyalle etkileşiminin doğasına bağlı olarak, katkı ve çarpımsal parazit yapmak. Sinyale eklenen girişime katkı maddesi denir. Girişim, sinyalle çarpılan çarpımsal girişim olarak adlandırılır. Gerçek iletişim kanallarında, genellikle hem toplamalı hem de çarpmalı girişim meydana gelir.

3. Temel özelliklerine göre, toplamsal gürültü üç sınıfa ayrılabilir: spektrum topaklı(dar bant girişimi), dürtü gürültüsü(zaman merkezli) ve dalgalanma gürültüsü(dalgalanma gürültüsü), zaman veya spektrumla sınırlı değildir. Spektrum merkezli girişime, gücünün büyük kısmı, radyo mühendisliği sisteminin bant genişliğinden daha az olan frekans aralığının ayrı bölümlerinde bulunan girişim denir. Darbe gürültüsü, yararlı bir sinyalle homojen olan düzenli veya kaotik bir darbeli sinyal dizisidir. Bu tür parazit kaynakları, radyo devrelerinin veya bunların yakınında çalışan cihazların dijital ve anahtarlama elemanlarıdır. Darbeli ve parçalı düzensizlikler genellikle şu şekilde adlandırılır: ipuçları.

Sinyal ve girişim arasında temel bir fark yoktur. Ayrıca eylemlerinde zıt olmalarına rağmen birlik içinde var olurlar.

6. Şu veya bu tür bilgi aktarım sistemlerine ait olarak, telefon, telgraf, yayın, televizyon, radar, genel müdürler, ölçme ve diğer sinyaller.

1. Meydana geldiği yerde, girişim şu şekilde bölünür: harici ve dahili... Ana türleri zaten 1 numaralı derste tartışılmıştır.

Sinyal ve girişim arasında temel bir fark yoktur. Ayrıca eylemlerinde zıt olmalarına rağmen birlik içinde var olurlar.

rastgele süreçler

Yukarıda belirtildiği gibi, rastgele bir sinyalin ayırt edici bir özelliği, anlık değerlerinin önceden tahmin edilememesidir. Hemen hemen tüm gerçek rastgele sinyaller ve gürültüler, matematiksel modelleri istatistiksel radyo mühendisliği disiplininde çalışılan rastgele süreçler olan zamanın kaotik fonksiyonlarıdır. Rastgele bir süreçle bir argümanın rastgele bir işlevini çağırmak gelenekseldir T, nerede Tşimdiki zaman. Rastgele bir süreç, Yunan alfabesinin büyük harfleriyle gösterilir,,. Önceden kararlaştırılırsa başka bir atama da kabul edilebilir. Bir deney sırasında, örneğin bir osiloskopta gözlemlenen belirli bir rastgele süreç türüne denir. uygulama bu rastgele süreç. Özel uygulama türü x (t) argümanın belirli bir işlevsel bağımlılığı ile belirtilebilir T veya zamanlama.

Sürekli veya ayrık değerlerin bir argüman almasına bağlı olarak T Ve uygulama x, beş ana rastgele süreç türü vardır. Bu türleri örneklerle açıklayalım.

Sürekli bir rastgele süreç, şu gerçeğiyle karakterize edilir: T ve x sürekli büyüklüklerdir (Şekil 2.1, a). Böyle bir süreç, örneğin, bir radyo alıcısının çıkışındaki gürültüdür.

Ayrık bir rastgele süreç, şu gerçeğiyle karakterize edilir: T sürekli bir niceliktir ve x- ayrık (Şekil 2.1, b). 'den 'e geçiş herhangi bir zamanda gerçekleşir. Böyle bir sürecin bir örneği, sistem rastgele zamanlarda atladığında bir kuyruk sisteminin durumunu karakterize eden bir süreçtir. T bir halden diğerine geçer. Başka bir örnek, sürekli bir işlemi yalnızca seviyeye göre nicelemenin sonucudur.

Rastgele bir dizi, şu gerçeğiyle karakterize edilir: T ayrıktır ve x- sürekli miktarlar (Şekil 2.1, c). Örnek olarak, sürekli bir süreçten zaman içinde belirli noktalarda zaman örneklerine işaret edebilirsiniz.

Ayrık bir rastgele dizi, şu gerçeğiyle karakterize edilir: T ve x ayrık miktarlardır (Şekil 2.1, d). Böyle bir süreç, seviye niceleme ve zaman örneklemesi ile elde edilebilir. Bunlar sayısal iletişim sistemlerindeki sinyallerdir.

Rastgele bir akış, rastgele zamanlarda bir dizi nokta, delta işlevi veya olaydır (Şekil 2.1, e, g). Bu süreç, elektronik ekipmandaki arızaların akışı rastgele bir süreç olarak kabul edildiğinde, güvenilirlik teorisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu nedenle, bir sinyal, parametreleri bilgi (mesaj) içeren ve bir mesafeden işlem ve iletim için uygun olan fiziksel bir süreçtir.

Tek boyutlu ve çok boyutlu sinyaller. Radyo mühendisliği için tipik bir sinyal, bir devrenin terminallerindeki voltaj veya bir daldaki akımdır. Zamanın bir fonksiyonu ile tanımlanan böyle bir sinyale genellikle tek boyutlu denir.

Bununla birlikte, bazen çok boyutlu veya vektör biçimindeki sinyalleri dikkate almak uygundur.

bazı tek boyutlu sinyaller tarafından oluşturulur. N tamsayısına böyle bir sinyalin boyutu denir.

Çok boyutlu bir sinyalin, tek boyutlu sinyallerin sıralı bir koleksiyonu olduğuna dikkat edin. Bu nedenle, genel durumda, farklı bileşen sırasına sahip sinyaller birbirine eşit değildir.

Analog, ayrık ve dijital sinyaller... Radyo-teknik sinyallerin sınıflandırılması ilkelerine kısa bir genel bakışın ardından, aşağıdakileri not ediyoruz. Çoğu zaman bir sinyal üreten fiziksel süreç, sinyal değerlerinin herhangi bir zamanda ölçülebileceği şekilde zamanla gelişir. Bu sınıfın sinyalleri genellikle analog (sürekli) olarak adlandırılır. "Analog sinyal" terimi, böyle bir sinyalin, onu oluşturan fiziksel sürece tamamen benzer şekilde "analog" olduğunu vurgular.

Tek boyutlu bir analog sinyal, sürekli veya kırılma noktalı olabilen grafiği (osilogram) ile açıkça temsil edilir.

Çok değişkenli sinyal modelleri, özellikle karmaşık sistemlerin işleyişinin bir bilgisayar kullanılarak analiz edildiği durumlarda kullanışlıdır.

Deterministik ve rastgele sinyaller. Radyo-teknik sinyallerin bir başka sınıflandırma ilkesi, anlık değerlerini herhangi bir zamanda doğru bir şekilde tahmin etme olasılığına veya imkansızlığına dayanmaktadır.

Analog (sürekli), ayrık ve dijital sinyaller... Çoğu zaman bir sinyal üreten fiziksel süreç, sinyal değerlerinin herhangi bir zamanda ölçülebileceği şekilde zamanla gelişir. Bu sınıfın sinyalleri genellikle analog (sürekli) olarak adlandırılır. "Analog sinyal" terimi, böyle bir sinyalin, onu oluşturan fiziksel sürece tamamen benzer şekilde "analog" olduğunu vurgular.

Tek boyutlu bir analog sinyal, sürekli veya kırılma noktalı olabilen grafiği (osilogram) ile açıkça temsil edilir.

Başlangıçta, radyo mühendisliğinde yalnızca analog tipte sinyaller kullanıldı. Bu tür sinyaller, nispeten basit teknik sorunları (radyo iletişimi, televizyon vb.) başarıyla çözmeyi mümkün kıldı. Analog sinyallerin üretilmesi, alınması ve işlenmesi o yıllarda mevcut olan araçları kullanarak kolaydı.

Radyo mühendisliği sistemleri için artan gereksinimler, çeşitli uygulamalar, yapılarının yeni ilkelerini aramaya zorladı. Bazı durumlarda, analog sistemlerin yerini, çalışması ayrık sinyallerin kullanımına dayanan darbe sistemleri almıştır. Ayrık bir sinyalin en basit matematiksel modeli, zaman ekseni üzerinde, her birinde sinyalin referans değerinin belirlendiği sayılabilir bir nokta kümesidir (bir tamsayıdır). Tipik olarak, her sinyal için örnekleme hızı sabittir.

Sezgisel olarak, zamanla değişen hızlı analog sinyallerin örneklenmesi için küçük adımlar gerekir.

Özünde, herhangi bir ayrık veya dijital sinyalin (bir sinyalden bahsediyoruz - matematiksel bir model değil, fiziksel bir süreç) bir analog sinyal olduğu akılda tutulmalıdır.

Deterministik ve rastgele sinyaller arasında aşılmaz bir sınır yoktur. Sıklıkla, girişim seviyesinin bilinen bir şekle sahip faydalı bir sinyal seviyesinden çok daha az olduğu durumlarda, eldeki görev için daha basit bir deterministik modelin oldukça yeterli olduğu ortaya çıkar.

Mesajların taşıyıcısı olarak, uzun mesafelerde yayılabilen ilgili aralığın yüksek frekanslı elektromanyetik salınımları (radyo dalgaları) kullanılır.

Verici tarafından yayılan taşıyıcı frekansının salınımı şu şekilde karakterize edilir: genlik, frekans ve başlangıç fazı. Genel durumda, şu şekilde sunulur:

ben = Ben günahım (ω 0 t + Ψ 0),

nerede: Bence- taşıyıcı salınımının akımının anlık değeri;

Ben- taşıyıcı salınımının akımının genliği;

ω 0 - taşıyıcı dalganın açısal frekansı;

Ψ 0 – taşıyıcı dalganın ilk aşaması.

Vericinin çalışmasını kontrol eden birincil sinyaller (iletilen mesaj elektriksel forma dönüştürülür) bu parametrelerden birini değiştirebilir.

Birincil sinyal kullanarak yüksek frekanslı akım parametrelerini kontrol etme işlemine modülasyon (genlik, frekans, faz) denir. Telgraf yayınları için "manipülasyon" terimi kullanılır.

Radyo iletişiminde bilgi iletimi için radyo sinyalleri kullanılır:

radyotelgraf;

radyotelefon;

fototelgraf;

telekod;

karmaşık sinyal türleri.

Telsiz telgraf iletişimi farklıdır: telgraf yöntemine göre; manipülasyon yöntemiyle; telgraf kodlarının kullanımı hakkında; radyo kanalını kullanma yoluyla.

İletim yöntemine ve hızına bağlı olarak, radyotelgraf iletişimi manuel ve otomatik olarak ayrılır. Manuel şanzımanda manipülasyon, MORSE kodu kullanılarak bir telgraf anahtarı ile gerçekleştirilir. İletim hızı (işitsel alım için) dakikada 60–100 karakterdir.

Otomatik şanzımanda, manipülasyon elektromekanik cihazlar tarafından gerçekleştirilir ve alım, baskı cihazlarının yardımıyla gerçekleştirilir. Dakikada 900-1200 karakter aktarım hızı.

Radyo kanalını kullanma yöntemine göre telgraf yayınları tek kanallı ve çok kanallı olarak ikiye ayrılır.

Manipülasyon yöntemiyle, en yaygın telgraf sinyalleri, genlik kaydırma anahtarlamalı (АТ - genlik telgrafı - A1), frekans kaydırmalı anahtarlamalı (ChT ve DCHT - frekans telgrafı ve çift frekanslı telgraf - F1 ve F6), göreceli fazlı sinyalleri içerir. shift keying (OFT - faz telgrafı - F9).

Telgraf kodlarının uygulanması için MORSE kodlu telgraf sistemleri kullanılır; 5 ve 6 haneli kodlu start-stop sistemleri ve diğerleri.

Telgraf sinyalleri, aynı veya farklı süreye sahip dikdörtgen darbeler (mesajlar) dizisidir. Süredeki en küçük mesaja temel denir.

Telgraf sinyallerinin temel parametreleri: telgraf hızı (V); manipülasyon frekansı (F); spektrum genişliği (2D f).

Telgraf hızı V baud cinsinden ölçülen, saniyede iletilen çip sayısına eşittir. 1 baud'luk bir telgraf hızında, saniyede bir temel mesaj iletilir.

Manipülasyon sıklığı F sayısal olarak telgraf hızının yarısına eşit V ve hertz cinsinden ölçülür: F = V / 2 .

Genlik kaydırma anahtarlı telgraf sinyali taşıyıcı frekansına ek olarak, manipülasyon frekansı F'ye eşit aralıklarla, her iki tarafında bulunan sonsuz bir frekans bileşenleri kümesi içeren bir spektruma sahiptir (Şekil 2.2.1.1). her iki tarafta bulunan üç spektrum bileşeni taşıyıcının. Bu nedenle, genlik kaydırma anahtarlı bir CW RF sinyalinin spektrum genişliği 6F'dir. Anahtarlama frekansı ne kadar yüksek olursa, HF CW sinyalinin spektrumu o kadar geniş olur.

Pirinç. 2.2.1.1. AT sinyalinin zaman ve spektral gösterimi

saat Frekans kaydırmalı anahtarlama antendeki akımın genliği değişmez, sadece manipüle edici sinyaldeki değişime göre frekans değişir. FT sinyalinin (DCF) spektrumu (Şekil 2.2.1.2), kendi taşıyıcı frekansları ile iki (dört) bağımsız genlik-manipüle edilmiş salınımların bir spektrumudur. "Basma" frekansı ile "basma" sıklığı arasındaki farka frekans ayrımı denir, belirtilir. ∆f ve 50 - 2000 Hz (çoğunlukla 400 - 900 Hz) aralığında olabilir. FT sinyal spektrumunun genişliği 2∆f + 3F'dir.

Şekil 2.2.1.2. FT Sinyalinin Zaman ve Spektral Temsili

Bir radyo bağlantısının verimini artırmak için çok kanallı radyotelgraf sistemleri kullanılır. Onlarda, bir radyo vericisinin bir taşıyıcı frekansında, aynı anda iki veya daha fazla telgraf programı iletilebilir. Frekans bölmeli çoğullama, zaman bölmeli çoğullama ve birleşik sistemler arasında bir ayrım yapılır.

En basit iki kanallı sistem, çift frekanslı telgraf (DFC) sistemidir. DCT sisteminde frekans anahtarlı sinyaller, üzerinde iki telgraf setinin sinyallerinin aynı anda hareket etmesi nedeniyle vericinin taşıyıcı frekansı değiştirilerek iletilir. Bu durumda, aynı anda çalışan iki cihazın sinyallerinin yalnızca dört iletilen mesaj kombinasyonuna sahip olabileceği kullanılır. Bu yöntemle, herhangi bir zamanda, belirli bir manipüle edilmiş voltaj kombinasyonuna karşılık gelen bir frekansın sinyali yayınlanır. Alıcı cihaz, DC telgraf mesajlarının iki kanal üzerinden üretildiği bir kod çözücüye sahiptir. Frekans yoğunlaştırma, bireysel kanalların frekanslarının toplam frekans aralığının farklı bölümlerinde yer alması ve tüm kanalların aynı anda iletilmesi anlamına gelir.

Kanalların zaman ayrımı ile dağıtıcılar kullanılarak sırayla her telgraf cihazına bir radyo hattı sağlanır (Şekil 2.2.1.3).

Şekil 2.2.1.3. Çok kanallı zaman bölme sistemi

Telsiz telefon mesajlarının iletimi için, esas olarak genlik modülasyonlu ve frekans modülasyonlu yüksek frekanslı sinyaller kullanılır. LF modülasyon sinyali, belirli bir bantta bulunan çok sayıda farklı frekanstaki sinyalin bir koleksiyonudur. Tipik olarak, standart bir LF telefon sinyalinin bant genişliği 0,3–3,4 kHz'dir.