"Сигнал" түшүнүгүн ар кандай чечмелесе болот. Бул космоско которулган код же белги, маалыматтын алып жүрүүчүсү, физикалык процесс. Эскертүүлөрдүн табияты жана алардын ызы-чуу менен болгон байланышы анын дизайнына таасир этет. Сигнал спектрлерин бир нече жол менен классификациялоого болот, бирок эң негизгилеринин бири алардын убакыттын өтүшү менен өзгөрүшү (туруктуу жана өзгөрмөлүү). Экинчи негизги классификация категориясы - жыштыктар. Убакыт домениндеги сигналдардын түрлөрүн кененирээк карап чыга турган болсок, алардын ичинен: статикалык, квазистатикалык, мезгилдүү, кайталануучу, өтмө, кокустук жана баш аламандыктарды ажырата алабыз. Бул сигналдардын ар биринин тиешелүү дизайн чечимдерине таасир эте турган өзгөчө касиеттери бар.
Сигнал түрлөрү
Статикалык, аныктамасы боюнча, абдан узак убакыт бою өзгөрбөйт. Квазистатикалык туруктуу токтун деңгээли менен аныкталат, ошондуктан аны аз дрейфтүү күчөткүч схемаларында иштетүү керек. Сигналдын бул түрү радио жыштыктарда болбойт, анткени бул схемалардын айрымдары туруктуу чыңалуу деңгээлин чыгара алат. Мисалы, үзгүлтүксүзтуруктуу толкун сигналы.
"Квази-статикалык" термини "дээрлик өзгөрбөгөн" дегенди билдирет, демек, узак убакыт бою адаттан тыш жай өзгөргөн сигналды билдирет. Анын динамикалык эскертүүлөргө караганда статикалык эскертүүлөргө (туруктуу) окшош мүнөздөмөлөрү бар.
Мезгилдик сигналдар
Булар такай кайталанып тургандар. Мезгилдүү толкун формаларына синус, квадрат, араа тиштери, үч бурчтук толкундар ж.б. кирет. Мезгилдик толкун формасынын табияты анын убакыт сызыгынын бир эле чекиттеринде бирдей экендигин көрсөтүп турат. Башка сөз менен айтканда, эгерде убакыт сызыгы так бир мезгилге (T) жылса, анда чыңалуу, полярдуулук жана толкун формасынын өзгөрүү багыты кайталанат. Чыңалуу толкун формасы үчүн муну төмөнкүчө чагылдырууга болот: V (t)=V (t + T).
Кайталануучу сигналдар
Алар табияты боюнча квазимезгилдүү, ошондуктан мезгилдүү толкун формасына кандайдыр бир окшоштуктар бар. Алардын ортосундагы негизги айырма f(t) жана f(t + T) боюнча сигналды салыштыруу аркылуу табылат, мында T - эскертүү мезгили. Мезгил-мезгили менен берилген эскертүүлөрдөн айырмаланып, кайталанган үндөрдүн ичинде бул чекиттер бирдей болбошу мүмкүн, бирок алар жалпы толкун формасы сыяктуу абдан окшош болот. Каралып жаткан эскертүү убактылуу же туруктуу көрсөткүчтөрдү камтышы мүмкүн, алар өзгөрүп турат.
Убактылуу сигналдар жана импульстук сигналдар
Эки түрү тең бир жолку окуялар жемезгилдүү, мында узактыгы толкун формасынын мезгилине салыштырмалуу өтө кыска. Бул t1 <<< t2 дегенди билдирет. Эгерде бул сигналдар убактылуу болсо, алар RF чынжырларында импульс же убактылуу ызы-чуу катары атайылап түзүлмөк. Ошентип, жогорудагы маалыматтардан биз сигналдын фазалык спектри убакыттын өзгөрүшүн камсыз кылат деген тыянак чыгарууга болот, алар туруктуу же мезгилдүү болушу мүмкүн.
Фурье сериясы
Бардык үзгүлтүксүз мезгилдик сигналдар фундаменталдык жыштык синус толкуну жана сызыктуу кошулган косинус гармоникаларынын жыйындысы менен көрсөтүлүшү мүмкүн. Бул термелүүлөр шишик формасынын Фурье сериясын камтыйт. Элементардык синус толкун формуласы менен сүрөттөлөт: v=Vm sin(_t), мында:
- v – көз ирмемдик амплитуда.
- Vm – эң жогорку амплитуда.
- "_" – бурчтук жыштык.
- t – секунддардагы убакыт.
Мезгил - окшош окуялардын кайталанышынын ортосундагы убакыт же T=2 _ / _=1 / F, мында F - циклдердеги жыштык.
Толкун формасын түзгөн Фурье сериясын, эгерде берилген маани анын курамдык жыштыктарына жыштыктын тандалма чыпкасы банкы же тез трансформация деп аталган санарип сигналды иштетүү алгоритми аркылуу бөлүнсө, табууга болот. Нөлдөн баштап куруу ыкмасын да колдонсо болот. Ар кандай толкун формасы үчүн Фурье сериясын төмөнкү формула менен туюнтса болот: f(t)=ao/2+_ –1 [a cos(n_t) + b sin(n_t). Кайда:
- an жана bn –компоненттин четтөөлөрү.
- n – бүтүн сан (n=1 негизги).
Сигналдын амплитудасы жана фазалык спектри
Четтөө коэффициенттери (an жана bn) жазуу менен туюнтулат: f(t)cos(n_t) dt. Бул жерде an=2/T, bn =2/T, f(t)sin(n_t) dt. Белгилүү бир жыштыктар гана бар болгондуктан, n бүтүн саны менен аныкталган фундаменталдык оң гармониялар, мезгилдик сигналдын спектри дискреттик деп аталат.
Фурье катар туюнтмасындагы ao / 2 термини толкун формасынын бир толук цикли (бир цикл) үчүн f(t) орточо. Иш жүзүндө, бул DC компоненти болуп саналат. Каралып жаткан толкун формасы жарым толкун симметриялуу болгондо, б.а., сигналдын максималдуу амплитудалык спектри нөлдөн жогору болсо, t же (+ Vm=_–Vm_) ар бир чекиттеги белгиленген мааниден төмөн эң жогорку четтөөсүнө барабар болот, анда DC компоненти жок, андыктан ao=0.
Толкун формасынын симметриясы
Фурье сигналдарынын спектри жөнүндө анын критерийлерин, индикаторлорун жана өзгөрмөлөрүн изилдөө аркылуу кээ бир постулаттарды чыгарууга болот. Жогорудагы теңдемелерден гармоника бардык толкун формаларында чексиздикке чейин тарайт деген тыянакка келсек болот. Практикалык системаларда чексиз өткөрүү жөндөмдүүлүгү алда канча аз экени түшүнүктүү. Демек, бул гармоникалардын кээ бирлери электрондук схемалардын нормалдуу иштеши менен жок кылынат. Мындан тышкары, кээде жогору тургандар өтө маанилүү эмес болушу мүмкүн, ошондуктан аларды четке кагууга болот. n көбөйгөн сайын a жана bn амплитудалык коэффициенттери азаят. Кээ бир учурда, компоненттер ушунчалык кичинекей болгондуктан, алардын толкун формасына кошкон салымы анчалык деле жокпрактикалык максат, же мүмкүн эмес. Бул пайда болгон n мааниси жарым-жартылай каралып жаткан чоңдуктун көтөрүлүү убактысынан көз каранды. Көтөрүлүш мезгили толкундун акыркы амплитудасынын 10%дан 90%ке чейин көтөрүлүшү үчүн керектүү убакыт катары аныкталат.
Чарчы толкун өзгөчө учур, анткени анын өтө тез көтөрүлүү убактысы бар. Теориялык жактан алганда, ал чексиз сандагы гармоникаларды камтыйт, бирок мүмкүн болгондордун бардыгын аныктоо мүмкүн эмес. Мисалы, чарчы толкунда так 3, 5, 7 гана табылат. Кээ бир стандарттарга ылайык, квадрат толкунду так чыгаруу үчүн 100 гармоника керектелет. Башка изилдөөчүлөр аларга 1000 керек дешет.
Фурье сериясы үчүн компоненттер
Кайсы бир толкун формасынын каралып жаткан системасынын профилин аныктоочу дагы бир фактор бул так же жуп деп идентификациялануучу функция. Экинчиси, анда f (t)=f (–t), ал эми биринчиси үчүн – f (t)=f (–t). Жуп функцияда косинус гармоникасы гана бар. Демек, синус амплитудасынын коэффициенттери bn нөлгө барабар. Ошо сыяктуу эле, бир гана синусоидалдык гармоника так функцияда бар. Демек, косинус амплитудасынын коэффициенттери нөлгө барабар.
Симметрия да, карама-каршылык да толкун формасында өзүн бир нече жол менен көрсөтө алат. Бул факторлордун бардыгы шишик түрүндөгү Фурье сериясынын мүнөзүнө таасир этиши мүмкүн. Же теңдеме боюнча алганда, ао термини нөл эмес. DC компоненти сигнал спектринин асимметриясынын учуру. Бул офсет өзгөрүлбөгөн чыңалууга кошулган өлчөө электроникасына катуу таасир этиши мүмкүн.
Чытуулардагы туруктуулук
Нөл огунун симметриясы толкундун базалык чекити негизделгенде жана амплитудасы нөлдүк базадан жогору болгондо пайда болот. Сызыктар базалык сызыктан төмөн четтөөлөргө барабар, же (_ + Vm_=_ –Vm_). Шишик нөл огу симметриялуу болгондо, ал адатта жуп гармоникаларды камтыбайт, тек гана гармонияларды камтыйт. Бул жагдай, мисалы, чарчы толкундар пайда болот. Бирок, нөл огу симметриясы каралып жаткан араа тишинин мааниси көрсөткөндөй, синусоидалдык жана тик бурчтуу шишиктерде гана пайда болбойт.
Жалпы эрежеден өзгөчөлүк бар. Симметриялуу түрдө нөл огу болот. Эгерде жуп гармоникалар негизги синус толкуну менен фазада болсо. Бул шарт DC компонентин түзбөйт жана нөл огунун симметриясын бузбайт. Жарым толкун инварианты, ошондой эле жуп гармоникалардын жоктугун билдирет. Инварианттуулуктун бул түрү менен толкун формасы нөлдүк негизги сызыктан жогору турат жана шишиктин күзгүсү болуп саналат.
Башка кат алышуулардын маңызы
Чейрек симметрия толкун формасынын тараптарынын сол жана оң жарымы нөл огунун бир тарабында бири-биринин күзгүсү болгон учурда болот. Нөл огунун үстүндө толкун формасы төрт бурчтуу толкунга окшош жана чындыгында тараптар бирдей. Бул учурда жуп гармоникалардын толук жыйындысы бар жана бар болгон тактар фундаменталдык синусоидалдык фазада болот.толкун.
Сигналдардын көптөгөн импульстук спектрлери мезгил критерийине жооп берет. Математикалык жактан алганда, алар чындыгында мезгилдүү. Убактылуу эскертүүлөр Фурье катарлары менен туура көрсөтүлбөйт, бирок сигнал спектриндеги синус толкундары менен көрсөтүлүшү мүмкүн. Айырмачылыгы - убактылуу эскертүү дискреттик эмес, үзгүлтүксүз. Жалпы формула төмөнкүчө чагылдырылат: sin x / x. Ал кайталанган импульс сигналдары жана өткөөл форма үчүн да колдонулат.
Үлгү алынган сигналдар
Санариптик компьютер аналогдук киргизүү үндөрүн кабыл ала албайт, бирок бул сигналдын санариптештирилген көрүнүшүн талап кылат. Аналогдук-санариптик конвертер кириш чыңалуусун (же токту) өкүл экилик сөзгө өзгөртөт. Эгер аппарат саат жебеси боюнча иштеп жатса же асинхрондук түрдө иштетилсе, анда ал убакытка жараша сигнал үлгүлөрүнүн үзгүлтүксүз ырааттуулугун алат. Алар бириктирилгенде, бинардык түрдө баштапкы аналогдук сигналды билдирет.
Бул учурда толкун формасы убакыттын чыңалуусунун үзгүлтүксүз функциясы, V(t). Сигнал Fs жыштыгы жана тандоо мезгили T=1/Fs болгон башка p(t) сигналы менен тандалып алынат жана кийинчерээк реконструкцияланат. Бул толкун формасын толук чагылдырышы мүмкүн, бирок үлгү ылдамдыгы (Fs) көбөйтүлсө, ал көбүрөөк тактык менен кайра түзүлөт.
Синусу толкун V (t) үлгү алуу импульс сигналы p (t) тарабынан тандалып алынат, ал бирдей ырааттуулуктан туратаралык тар маанилер T убакытта бөлүнгөн. Андан кийин сигнал спектринин жыштыгы Fs 1/T болот. Натыйжада дагы бир импульстук жооп пайда болот, мында амплитудалар баштапкы синусоидалык сигналдын үлгүлүү версиясы болуп саналат.
Найквист теоремасы боюнча тандоо жыштыгы Fs колдонулган аналогдук V (t) сигналынын Фурье спектриндеги максималдуу жыштыктан (Fm) эки эсе көп болушу керек. Үлгү алгандан кийин баштапкы сигналды калыбына келтирүү үчүн, үлгү алынган толкун формасын өткөрүү жөндөмдүүлүгүн Fs менен чектеген төмөн өткөрүүчү чыпкадан өткөрүү керек. Практикалык RF тутумдарында көптөгөн инженерлер Nyquistтин минималдуу ылдамдыгы жакшы үлгүлөрдү алуу үчүн жетиштүү эмес деп эсептешет, ошондуктан ылдамдыкты жогорулатуу керек. Мындан тышкары, ызы-чуу деңгээлин кескин төмөндөтүү үчүн айрым ашыкча үлгүлөрдү алуу ыкмалары колдонулат.
Сигнал спектринин анализатору
Тапкыч алуу процесси амплитудалык модуляциянын формасына окшош, мында V(t) – DCтан Fmге чейинки спектр менен курулган эскертүү жана p(t) – алып жүрүүчү жыштык. Алынган натыйжа AM ташуучу саны менен кош каптал тилкесин элестетет. Модуляция сигналдарынын спектрлери Fo жыштыгынын айланасында пайда болот. Чыныгы наркы бир аз татаалыраак. Чыпкаланбаган AM радио өткөргүчү сыяктуу, ал алып жүрүүчүнүн негизги жыштыгынын (Fs) айланасында гана эмес, Fs аралыктары менен өйдө жана ылдый жайгашкан гармоникаларда да пайда болот.
Тапкыч алуу жыштыгы Fs ≧ 2Fm теңдемесине туура келет деп ойлосок, баштапкы жооп үлгү алынган версиядан кайра түзүлөт,аны өзгөрүлмө кесүү Fc менен аз термелүү чыпкасынан өткөрүү. Бул учурда, аналогдук аудио спектрин гана өткөрүүгө болот.
Fs <2Fm теңсиздигинде маселе келип чыгат. Бул жыштык сигналынын спектри мурункуга окшош экенин билдирет. Бирок ар бир гармониянын тегерегиндеги бөлүмдөр бири-бирине дал келип, бир система үчүн "-Fm" термелүүнүн кийинки төмөнкү аймагы үчүн "+Fm"ден азыраак болот. Бул кайталануу спектралдык кеңдиги төмөн өткөрүүчү чыпкалоо аркылуу калыбына келтирилген үлгүлүү сигналга алып келет. Ал Fo синус толкунунун баштапкы жыштыгын жаратпайт, бирок андан төмөн, (Fs - Fo) барабар жана толкун формасындагы маалымат жоголот же бурмаланат.
