Надольский А.Н. Теоретические основы радиотехники (2005), страница 2

Нелинейные преобразования сигналов ……………………………….8.1. Нелинейное резонансное усиление сигналов ……………………….8.1.1. Усиление в линейном режиме ………………………………...8.1.2. Усиление в нелинейном режиме ……………………………...8.2. Умножение частоты …………………………………………………..8.3. Амплитудная модуляция ……………………………………………..8.3.1. Общие сведения об амплитудной модуляции ……………….8.3.2. Схема и режимы работы амплитудного модулятора ………..8.3.3.

Характеристики амплитудного модулятора …………………8.3.4. Балансный амплитудный модулятор …………………………8.4. Амплитудное детектирование ………………………………………..8.4.1. Общие сведения о детектировании …………………………..8.4.2. Амплитудный детектор ………………………………………..8.5. Выпрямление колебаний ……………………………………………..8.5.1. Общие сведения о выпрямителях …………………………….8.5.2. Схемы выпрямителей ………………………………………….8.6. Угловая модуляция ……………………………………………………8.6.1. Общие принципы получения сигналов с угловоймодуляцией ……………………………………………………………………8.6.2.

Фазовые модуляторы ………………………………………….8.6.3. Частотные модуляторы………………………………………...8.7. Детектирование сигналов с угловой модуляцией …………………..8.7.1. Общие принципы детектирования сигналов с угловоймодуляцией ……………………………………………………………………8.7.2. Фазовые детекторы ……………………………………………8.7.3. Частотные детекторы ………………………………………….8.8. Преобразование частоты ……………………………………………...8.8.1. Принципы преобразования частоты ……………..…………...8.8.2. Схемы преобразователей частоты ……………………………Заключение …………………………………………………………………..Литература……………………………………………………………………ВВЕДЕНИЕТеоретические основы радиотехники – это базовая дисциплина в системепрофессиональной подготовки специалистов в области радиотехники, радиоэлектроники, радиоинформатики.

Ее основной целью является изучение методов и технических средств формирования и обработки радиотехнических сигналов, что необходимо для решения конкретных практических задач в области радиотехники, в частности для создания современных радиотехнических систем,состоящих из большого количества различных устройств.При разработке и исследовании радиотехнических устройств различногоуровня сложности и назначения возникают задачи, связанные с анализом и синтезом устройств. В наиболее общем виде данные задачи могут быть сформулированы следующим образом.Задача анализа: заданы радиотехническое устройство, входной сигнал и ихосновные характеристики; необходимо определить выходной сигнал и его характеристики. Поскольку устройство представляет собой различные комбинации линейных и нелинейных звеньев, то задача по существу сводится к анализупрохождения сигнала через линейные и нелинейные устройства.

Требуемыйуровень адекватности результатов анализа реальному положению вещей, а также количественные характеристики, подлежащие расчету, определяются темкритерием, по которому оценивается качество работы устройства.Задача синтеза: заданы входной сигнал и его основные характеристики, атакже выходной сигнал с требуемыми для проектировщика характеристиками;необходимо разработать радиотехническое устройство, которое преобразуетвходной сигнал с заданными характеристиками в сигнал с желаемыми характеристиками.

Частным вариантом задачи синтеза является случай, когда входнойсигнал отсутствует и требуется создать устройство для формирования (генерирования) сигнала с желаемыми характеристиками. Основным результатом синтеза являются оптимальные алгоритмы и структурные схемы проектируемогоустройства.

Синтез устройства не исключает необходимости выполнения некоторых процедур анализа в ходе оценки его работоспособности при возможныхотклонениях от принятых априорных данных.При решении задач анализа и синтеза объектами исследования являютсясигнал и радиотехническое устройство. Успешное решение этих задач предполагает хорошую ориентацию исследователя и проектировщика во множествесигналов, способов их аналогового и дискретного представления, методах анализа в частотной и временной областях. Самостоятельное значение имеют вопросы обработки сигналов, включающие в себя методы и технические средстваформирования и различных преобразований сигналов.

Технические средства –это и есть радиотехнические устройства (цепи), решающие обширный ассортимент задач и характеризуемые многообразием структурной и функциональнойорганизации. Это требует систематизации знаний в области современных мето-дов (уже ставших классическими) физико-математического анализа процессовформирования сигналов, а также их линейных и нелинейных преобразований.В учебном пособии можно условно выделить две основные части, которые,с одной стороны, имеют определенное самостоятельное значение, с другой стороны, тесно связаны друг с другом.В первой части рассмотрены основные вопросы теории неслучайных (детерминированных) сигналов: математические модели, классификация, примерыи свойства некоторых сигналов, методы спектрального и корреляционного анализа сигналов, фундаментальные положения временной дискретизации сигналов, модулированные сигналы, принципы общего анализа узкополосных сигналов.Во второй части рассмотрены характеристики линейных и нелинейныхустройств, а также физико-математические аспекты линейных и нелинейныхпреобразований сигналов.

Главный акцент сделан на физическую интерпретацию основных положений. Математика применялась как прикладная грань дляобоснования физического содержания основных методов анализа, а такжефункциональных схем и принципов работы некоторых устройств.При изложении основных вопросов учтены современное состояние теоретической радиотехники и ее роль в развитии информационных технологий. Материал учебного пособия является по существу базовым для подготовки инженеров по специальностям, связанным в той или иной мере с радиотехникой. Успешное изучение этого материала позволит сформировать такой объем теоретических и практических знаний, который обеспечит понимание основных проблем синтеза и анализа сложных радиотехнических систем, оценку их качествапо различным критериям. Полученные знания послужат прочной основой дляизучения специальных дисциплин.1.

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ И УСТРОЙСТВА1.1. Радиотехника и информатикаДля современного общества важнейшей является проблема использованияинформационных технологий во всех сферах человеческой деятельности. Посвоей значимости и актуальности она превосходит проблему дальнейшей индустриализации производства. Считается, что современное общество вступает впостиндустриальный период своего развития, который по всеобщему мнениюдолжен быть информационным.Специализированное учреждение ООН по вопросам образования, науки икультуры ЮНЕСКО (UNESCO – United Nations Educational, Scientific andCultural Organization) дало следующее определение информатизации:«Информатизация – это развитие и широкомасштабное применение методов и средств сбора, преобразования, хранения и распространения информации».

– Оно же и определило цели информатизации: систематизация имеющихся и формирование новых знаний, их использование обществом в целях егоуправления и развития.Термин информация имеет много определений. В широком смысле информация – это результат отражения реального мира. В более узком смысле информация – это совокупность сведений о процессах и явлениях в некоторомобъекте (субъекте), которые подлежат хранению, передаче и преобразованию.Оба определения важны для понимания процессов функционирования системлюбой сложности и предназначения.

Следует также подчеркнуть подход к определению информации как меры устранения неопределенности в отношенииисхода какого-либо явления.К числу важных областей науки и техники, достижения которых играютключевую роль в создании инфраструктуры информатизации, относится радиотехника. Именно достижения радиотехники явились основой для созданияфункциональной и структурной организации современных коммуникационныхсистем и вычислительных сетей, обеспечивающих пользователям широкий выбор информационно-вычислительных услуг с доступом к удаленным машинныхресурсам, технологиям и базам данных.Радиотехника – это область науки и техники, связанная с практическимиспользованием электромагнитных колебаний для передачи, извлечения, хранения и преобразования информации.

С этой целью изучаются теоретические ипрактические основы формирования (генерации), преобразования, передачи иприема электромагнитных колебаний радиочастотного диапазона.Информатика – это область науки и техники, которая представляет собойнеразрывное единство трех составных частей: 1) теории передачи и преобразования информации, 2) алгоритмических средств обработки информации,3) вычислительных средств. Первая из этих частей – это то, что объединяет та-кие понятия, как радиотехника и информатика. Поэтому совсем не случайнореализована идея наряду с термином радиотехника использовать термин радиоинформатика.Информационный аспект работы любой системы предполагает использование определенного материального носителя информации. Физический процесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемый в качественосителя информации, называется сигналом.

Множество состояний сигналадолжно быть таково, чтобы можно было однозначно установить состояние источника информации.В радиотехнике для представления информации и в качестве ее носителяиспользуют в основном электрические колебания, являющиеся функциями времени. Такие колебания и называются сигналом. Поэтому термины сигнал и колебание часто заменяют друг друга. Термин колебание, под которым понимаютлюбой электрический процесс, используют в тех случаях, когда нет необходимости подчеркивать его информационное содержание.Сигналы являются объектами обработки и транспортировки радиотехнических систем различного назначения. Технические средства этих систем представляют собой узкоспециализированные радиотехнические устройства, которые называют радиотехническими цепями, для того чтобы абстрагироваться отих специфики и создать единую теорию их анализа и синтеза.

Именно поэтомув радиотехнике предметом анализа и исследований являются два основныхкомпонента: радиотехнические сигналы и радиотехнические устройства (цепи), осуществляющие формирование, обработку, передачу и прием сигналов.1.2. Радиотехнические сигналыМножество радиотехнических сигналов с вероятностной точки зрения делится на два больших и относительно самостоятельных класса: детерминированные (неслучайные) и случайные сигналы.Детерминированные сигналы – это сигналы, мгновенные значения которыхв любой момент времени известны, т.е.