Основными параметрами сигналов являются длительность сигнала Тс динамический диапазон Дс и ширина спектра ∆fc
Длительностью сигнала Тс называется интервал времени, в пределах которого сигнал существует.
Динамический диапазон Дс - это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которая необходима для обеспечения заданного качества передачи. Он выражается в децибелах [дБ]:
Дс= 10lg (Pc max / Pc min) дБ
Например, в радиовещании динамический диапазон часто сокращают до 30...40 дБ (1000-10000 раз) во избежание перегрузок канала.
Ширина спектра ∆fc
В практике ширина спектра сигнала –это диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования.
В технике связи спектр сигнала стараются сокращать, так как аппара-тура и линия связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот. При сокращении спектра исходят из допустимых искажений сигнала.
Например, ширина спектра телефонного сигнала:
∆fc = fcmax - fcmin = 3400 – 300 = 3100 Гц
а ширина спектра телевизионного сигнала при стандарте 625 строк составля-ет около 6 (МГц).
Ширина спектра телеграфного сигнала зависит от скорости передачи и обычно принимается равной
∆fcтлг (Гц) =1,5 R,
где R- скорость телеграфирования в бодах, т.е. число символов, передава-емых в секунду.
Так, при скорости передачи R= 50 Бод ширина спектра телеграфного сигнала составит 75 Гц.
Спектр модулированного сигнала (вторичного сигнала) обычно шире спектра передаваемого сообщения (первичного сигнала) и зависит от вида модуляции.
Объем сигнала Vс
Часто вводят довольно общую и наглядную характеристику – объем сигнала:
Vс = Тс Дс ∆fc
Объем сигнала Vс дает общее представление о возможностях данного мно-жества сигналов как переносчиков сообщений. Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно вложить в этот объем, но тем труднее пере-дать такой сигнал по каналу связи.
Модуляция и демодуляция
Модуляция
Модуляцией называется изменение во времени одного или нескольких параметров ВЧ колебания по закону изменения НЧ сообщения.
Ранее отмечено, что передача по радиоканалу НЧ сигнала без его переносчика-ВЧ колебания- практически невозможна, поэтому требуется за счет модуляции этот НЧ сигнал заинформировать в ВЧ колебание. Это обусловлено тем, что антенны эффективно излучают при их геометрических размерах, соизмеримых с длиной волны ЭМ колебания.
Это легко показать на примере простейшего излучателя Герца -отрезка линейного проводника длиной ℓ, подключенного в его середине к источнику ВЧ напряжения ε(t) с частотой f (рисунок 1)
Из теории антенн известно, что его полная полная мощность, излученная в пространство и усредненная по периоду волны, равна:
Р = μо ∙ ℓ2 (2 π f Iо)2 /12πс, (1)
где Iо – ток, протекающий через малый участок провода и создающий излучение;
с = 2,99792458 ·108 м/c - скорость света (ЭМ волны) в вакууме; μо= 4π· 10 -7= 1,25663706144 · 10 -6 Гн/м – магнитная постоянная.
При этом элементарный расчет показывает, что использовать для радио-связи НЧ колебания с частотами
f = 20 Гц…20 кГц [ λ = с / f = 300000(км/с) / 20 … 20000 (Гц) = 15000…15 (км) ]
практически невозможно, так как в этом случае потребовались бы излучаю-щие антенны с невообразимо большими размерами, определяемыми эффек-тивно требуемой половиной длины ЭМ волны, и равными (15000…15) ׃ 2 (км), т.е. от 7500 до 7,5 км.
Теперь нетрудно подсчитать, что при реальной длине упомянутого излу-чателя, называемого простейшим полуволновым вибратором, равной ℓ = 10 м и токе в нем Iо =1 А на низкой частоте 100 Гц по вышеприведенной формуле получим ничтожную величину излучения Р=10 нВт.
Поэтому для передачи-приема сигналов используют радиоволны высокой частоты, один из параметров которых (амплитуда, частота или фаза) изменяется по закону НЧ сообщения. Этот процесс преобразования колебаний двух различных частот и осуществляет указанная модуляция.
Рисунок 1. Полуволновый излучатель (вибратор Герца)