8. Amplitudová a kmitočtová modulace, spektrum signálů

AMPLITUDOVÁ A FREKVENČNÍ
MODULACE
POZOR !!!
Maximální vstupní napětí spektrálního analyzátoru 35670 je Upp = 4V.
Napěťové úrovně signálů, před připojením k analyzátoru, nejprve kontrolujte
pomocí osciloskopu !!!
I. Amplitudová modulace
Demonstrujte klasickou amplitudovou modulaci (pro hloubku modulace mA = 0,5 a
mA = 1) a amplitudovou modulaci s potlačenou nosnou (DSB).
1) Pomocí přípravku „amplitudový modulátor“
Doporučené nastavení:
nosný kmitočet 15kHz, Upp = 300 mV,
modulační kmitočet 500 Hz.
a)
Hloubku AM modulace nastavte změnou amplitudy modulačního kmitočtu na
hodnoty mA = 0,5 a mA = 1 (kontrolujte pomocí osciloskopu).
b)
Kmitočtové spektrum modulovaného signálu pro jednotlivé případy zobrazte
spektrálním analyzátorem, vytiskněte a dopište změřené amplitudy jednotlivých
harmonických k daným jejich frekvencím.
c)
Pro všechny změřené průběhy vypočítejte amplitudy jejich harmonických a
porovnejte s naměřenými hodnotami spektrálním analyzátorem dle bodu b).
d)
Z naměřených hodnot vypočítejte energetickou účinnost modulace pro jednotlivé
případy a porovnejte s teorií.
2) Pomocí programovatelného generátoru (Arbitrary Waveform Generator)
a) Spusťte Matlab a otevřete soubor c:\matlabR12\work\modulace.mdl. Jedná se o
simulinkové schéma generující jednotlivé modulované signály. Prostudujte na
schématu, jak jsou jednotlivé AM modulace (AM, DSB) modelovány. Nastavte
parametry modulace (činitel AM modulace, nosný a modulační kmitočet)
dvojklikem na příslušný blok.
Simulinkové schéma modelu AM modulace
Doporučené nastavení (zkontrolovat):
hloubka modulace - mA = 0.5 a mA = 1,
Nosná - Wave form = sine, amplitude = 1, f = 20Hz,
Modulační - Wave form = sine, amplitude = 1, f = 1Hz,
V menu Simulation -> Simulation parameters nastavit start time = 0,
stop time = 1, type: Fixed-step, Fixed step size : 1/16000 (16000 vzorků je
maximum pro použitý generátor) .
Pokud použijete jiné nastavení než výše doporučené, dbejte na odebrání celistvého
násobku periody modulovaných signálů během doby simulace a na dostatečný
počet vzorků na periodu nosného signálu. Jinak hrozí výskyt nežádoucích čar ve
spektru modulovaného signálu.
b) Spusťte simulaci (ikona ) a vyčkejte na její dokončení.
c) Vygenerované signály si prohlídněte dvojklikem na příslušný blok scope.
d)
Dvojklikem na příslušný modře podbarvený blok se vytvoří soubor se vzorky
modulovaného signálu ve formátu *.wvf, potřebného pro nahrání vzorků do
generátoru.
Modře podbarvený blok:
•
signal_AM -> Vytvoří se soubor c:\waveforms\signal_AM.wvf osahující
vzorky AM modulovaného signálu s příslušným činitelem modulace.
•
signal_AM_DSB -> Vytvoří se soubor c:\waveforms\signal_AM_DSB.wvf
obsahující vzorky AM modulovaného signálu s potlačenou nosnou (DSB).
a) Spusťte program Waveform Editor pomocí něhož lze nahrát do generátoru vzorky
z příslušného souboru (*.wvf).
navažte spojení s generátorem: zvolte menu Communications -> Connection,
vyberte USB a připojte pomocí tlačítka connect
otevřete příslušný soubor (*.wvf)
vyšlete vzorky do generátoru – menu Communications -> Send Waveform
zvolte na generátoru funkci Arb
nastavte na generátoru opakovací kmitočet průběhu na 1kHz, tím docílíte s výše
doporučeným nastavením – bod a) nosnou frekvenci 20kHz a modulační 1kHz
nastavte na generátoru rozkmit modulovaného signálu na 100mV (peak – peak)
a dopočítejte jakou amplitudu má nosný signál
b)
Dále postupujte stejně jako v bodech 1b) 1c) 1d).
II. Frekvenční modulace
Demonstrujte frekvenční modulaci programovatelným generátorem pro 2 hloubky
modulace (širokopásmovou a úzkopásmovou).
Simulinkové schéma modelu FM modulace
1) Prostudujte na simulinkovém schématu, jak je FM modulace modelována. Nastavte
parametry modulace (činitel FM modulace, nosný a modulační kmitočet)
dvojklikem na příslušný blok.
Doporučené nastavení (zkontrolovat):
činitel FM modulace -
mF = 0.2 (úzkopásmová), mF = 5 (širokopásmová)
nosná (blok VCO) – amplitude = 1, f = 20Hz
modulační – Wave form = sine, amplitude = 1, f = 1Hz
V menu Simulation -> Simulation parameters nastavit start time = 0,
stop time = 1, type: Fixed-step, Fixed step size : 1/16000 (16000 vzorků je
maximum pro použitý generátor)
Pokud použijete jiné nastavení platí opět požadavek na odebrání celistvého
násobku periody modulovaného signálu jak bylo vysvětleno v bodě I2a).
2) Spusťte simulaci a vyčkejte na její dokončení.
prohlédněte si vygenerovaný FM signál.
Dvojklikem na příslušný modře podbarvený blok signal_FM vytvoříte
soubor c:\waveforms\signal_FM obsahující vzorky FM signálu.
3)
Vygenerované vzorky nahrajte do generátoru a nastavte kmitočet 1kHz, tím
docílíte s výše uvedeným doporučeným nastavením nosnou frekvenci 20kHz a
modulační 1kHz.
4)
Zobrazte spektrum FM signálu na analyzátoru pro oba případy (úzkopásmová,
širokopásmová modulace). Spektra signálů vytiskněte a dopište k jednotlivým
harmonickým ve spektru jejich úroveň a frekvenci.
III. FSK modulace (Frequency Shift Keying)
Demonstrujte FSK modulaci programovatelným generátorem pro dvě různé datové
posloupnosti.
1) Prostudujte na simulinkovém schématu, jak je FSK modulace modelována.
Nastavte parametry modulace dvojklikem na příslušný blok.
Simulinkové schéma FSK modulace
Doporučené nastavení (zkontrolovat):
frekvenční skok (rozdíl obou frekvencí) = 30Hz
generátor datové posloupnosti (obdelníkového signálu) – Period = 1s,
Amplitude = 1, Duty cycle (střída) = 50% nebo 80 % -> dvě různé datové
posloupnosti
• střída 50% reprezentuje datový tok 11111 00000
• střída 80% reprezentuje datový tok 11111 11100
harmonický signál s nižší frekvencí (blok VCO) = 10Hz – odpovídá
přenosu log. 0
log.1 se tedy potom bude přenášet, vzhledem k výše uvedenému
frekvenčnímu rozdílu, harmonickým signálem o kmitočtu 40Hz
Při jiném nastavení opět platí požadavek na odebrání celistvého násobku
periody modulovaného signálu a navíc ještě celistvý násobek periody pro
trvání jednoho bitu.
2) Spusťte simulaci a vyčkejte na její dokončení.
prohlédněte si vygenerovaný FSK modulovaný signál.
Dvojklikem na příslušný modře podbarvený blok signal_FSK vytvoříte
soubor c:\waveforms\signal_FSK obsahující vzorky FSK modulovaného
signálu.
3)
Vygenerované vzorky nahrajte do generátoru a nastavte kmitočet 1kHz, tím
docílíte s výše uvedeným doporučeným nastavením nižší harmonickou 10kHz a
vyšší pak 40kHz.
4)
Zobrazte spektrum FSK signálu na analyzátoru pro oba datové toky. Spektra
signálů vytiskněte a dopište k jednotlivým harmonickým ve spektru jejich úroveň a
frekvenci. Zdůvodněte rozdíly mezi spektry FSK modulovaného signálu pro tyto
dva různé datové toky.