Amplitudová a frekvenční modulace POZOR !!! Maximální vstupní napětí spektrálního analyzátoru je Upp = 4 V. Napěťové úrovně signálů, před připojením k analyzátoru, nejprve kontrolujte pomocí osciloskopu !!!
1.
Amplitudová modulace
Demonstrujte klasickou amplitudovou modulaci (pro hloubku modulace mA = 0,5 a mA = 1) a amplitudovou modulaci s potlačenou nosnou (DSB). A. Pomocí přípravku „amplitudový modulátor“ Napájecí zdroj
Generátor nosné Agilent 33220A
OSCILOSKOP Tektronix AM modulátor
Generátor modulační GoldStar FG-2002C
Spektrální analyzátor
Přepínač AM - DSB
Tiskárna HP
Doporučené nastavení: nosný kmitočet 15 kHz, 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 jejich frekvencím. c) Pro všechny změřené průběhy vypočítejte amplitudy jejich harmonických a porovnejte s hodnotami naměřenými spektrálním analyzátorem dle bodu b).
d) Z naměřených hodnot vypočítejte energetickou účinnost modulace pro jednotlivé případy a porovnejte s teorií.
B. Pomocí programovatelného generátoru (Arbitrary Waveform Generator) OSCILOSKOP Tektronix Počítač
USB
Generátor Agilent 33220A Spektrální analyzátor
Tiskárna HP
a) Spusťte Matlab a otevřete soubor c:\matlabR12\work\modulace.mdl. Jedná se o simulační 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.
Simulační schéma modelu AM modulace v prostředí Simulink Doporučené nastavení (zkontrolovat): hloubka modulace - mA = 0,5 a mA = 1. nosná - Waveform = sine, amplitude = 1, f = 20 Hz modulační signál - Waveform = sine, amplitude = 1, f = 1 Hz 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 prohlédněte dvojklikem na příslušný blok scope. d) Dvojklikem na příslušný modře podbarvený blok se vytvoří soubor se vzorky modulovaného signálu ve formátu *.wvf, potřebném 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).
e) 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 1 kHz, tím docílíte s výše doporučeným nastavením – bod a) nosnou frekvenci 20 kHz a modulační 1 kHz nastavte na generátoru rozkmit modulovaného signálu na 100 mV (peak–peak) a dopočítejte, jakou amplitudu má nosný signál f) Dále postupujte stejně jako v bodech 1b) 1c) 1d).
2.
Frekvenční modulace
Demonstrujte frekvenční modulaci programovatelným generátorem pro dvě hloubky modulace (širokopásmovou a úzkopásmovou).
a) Prostudujte na simulačním schématu, jak je FM modulace modelována. Nastavte parametry modulace (činitel FM modulace, nosný a modulační kmitočet) dvojklikem na příslušný blok.
Simulační schéma modelu FM modulace v prostředí Simulink Doporučené nastavení (zkontrolovat): činitel FM modulace - mF = 0,2 (úzkopásmová) mF = 5 (širokopásmová) nosná (blok VCO) – amplitude = 1, f = 20 Hz modulační – Waveform = 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. b) 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. c) Vygenerované vzorky nahrajte do generátoru a nastavte kmitočet 1 kHz, tím docílíte s výše uvedeným doporučeným nastavením nosnou frekvenci 20 kHz a modulační 1 kHz. d) 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.
3.
FSK modulace (Frequency Shift Keying)
Demonstrujte FSK modulaci programovatelným generátorem pro dvě různé datové posloupnosti. a) Prostudujte na simulačním schématu, jak je FSK modulace modelována. Nastavte parametry modulace dvojklikem na příslušný blok.
Simulační schéma FSK modulace v prostředí Simulink Doporučené nastavení (zkontrolovat): frekvenční skok (rozdíl obou frekvencí) = 30 Hz generátor datové posloupnosti (obdélníkového signálu) – Period = 1 s, 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) = 10 Hz – odpovídá přenosu log. 0 log.1 se tedy potom bude přenášet, vzhledem k výše uvedenému frekvenčnímu rozdílu, harmonickým signálem o kmitočtu 40 Hz Při jiném nastavení opět platí požadavek na odebrání celistvého násobku periody modulovaného signálu a navíc ještě celistvý násobek periody pro trvání jednoho bitu. b) 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.
c) Vygenerované vzorky nahrajte do generátoru a nastavte kmitočet 1 kHz, tím docílíte s výše uvedeným doporučeným nastavením nižší harmonickou 10 kHz a vyšší pak 40 kHz. d) Zobrazte spektrum FSK signálu na spektrálním 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.
