Руководитель проекта А. Н. Надольский 2021 г. Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Теоретические основы радиоэлектроники Тема Расчет спектральных характеристик радиотехнических сигналов Проверил
 Скачать 450.04 Kb.
|
|
Министерство образования республики Беларусь Учреждение образования "Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники" Факультет радиотехники и электроники Кафедра информационных радиотехнологий «К защите допускаю» Руководитель проекта А.Н.Надольский «____»_______________2021 г. Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Теоретические основы радиоэлектроники» Тема: Расчет спектральных характеристик радиотехнических сигналов Проверил Выполнил Доцент Студент 041301 уч. группы Надольский А.Н. Барташевич А. С. « » 2021 г « » 2021 г Минск 2021 РЕФЕРАТ БГУИР КР 1-39 01 04 003 ПЗ РАСЧЁТ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОТЕХНИЧЕ-СКИХ СИГНАЛОВ: курсовая работа / Барташевич А.С. – Минск: БГУИР, 2021, – п.з. –??? с. В первом разделе пояснительной записки, а именно в разделе «Классификация и виды радиотехнических сигналов», описаны основные радиотехнические сигналы, их графики и свойства. В втором разделе пояснительной записки, а именно в разделе «Расчёт спектральных характеристик одиночного видеоимпульса», произведён расчёт амплитудного спектра одиночного видеоимпульса и построен его график, а также приведена формула фазового спектра исходного сигнала. В третьем разделе пояснительной записки, а именно в разделе «Расчёт спектральных характеристик периодической последовательности видеоимпульсов», рассчитан спектр амплитуд периодической последовательности видеоимпульсов и построен его график. В четвертом разделе пояснительной записки, а именно в разделе «Расчёт спектральных характеристик одиночного радиоимпульса», произведён расчёт спектральной плотности одиночного радиоимпульса, построен соответствующий график, а также выведена формула фазового спектра. В пятом разделе пояснительной записки, а именно в разделе «Расчёт спектральных характеристик периодической последовательности радиоимпульсов», произведён расчёт спектра амплитуд периодической последовательности радиоимпульсов и построен соответствующий график. Курсовая работа содержит заключение о проделанной работе. Переделать,пока вот так ?????????? НУМЕРОВКУ ФОРМУЛ ИСПРАВИТЬ Добавить нумеровку формул СОДЕРЖАНИЕ Введение 5 1 Классификация и виды радиотехнических сигналов 7 1.1 Детерминированные и случайные сигналы 7 1.2 Виды сигналов, используемых в радиоэлектронике 7 1.2.1 Управляющие сигналы 8 1.2.2 Высокочастотные немодулированные сигналы 10 1.2.3 Модулированные колебания 11 1.2.4 Дельта функция 11 1.2.5 Функция единичного скачка 12 1.2.6 Основные характеристики сигналов 12 2 Спектральный анализ радиотехнических сигналов…………………..13 2.1 Спектральный анализ непериодических сигналов……………13 2.2 Спектральный анализ периодических сигналов………………13 3 Свойства преобразования Фурье………………………………………12 4 Расчёт спектральных характеристик одиночного видеоимпульса 13 5 Расчёт спектральных характеристик периодической последовательности видеоимпульсов ………………………………...18 6 Расчёт спектральных характеристик одиночного радиоимпульса 22 7 Расчёт спектральных характеристик периодической последовательности радиоимпульсов………………………………….26 Заключение 30 Список используемых источников 31 ВВЕДЕНИЕ Значение дисциплины «Теоретические основы радиоэлектроники» при подготовке инженеров по радиоэлектронным специальностям ежегодно возрастает в связи с непрерывным развитием науки и техники. В настоящее время развитие человеческой цивилизации во многом связано с процессами получения и обработки информации. Дисциплина «Теоретические основы радиоэлектроники» базируется на знаниях, полученными студентами в рамках средней школы при изучении таких предметов, как физика, математика, черчение, а также в рамках первого курса при изучении дисциплины «Введение в радиоэлектронику». Радиоэлектроника — область современного естествознания, объединяющая ряд разделов науки и техники, основными из которых являются радиотехника и электроника, и изучающая проблемы использования электромагнитных колебаний и волн для передачи и преобразования информации. К радиоэлектронике условно относят инфракрасную технику и оптоэлектронику. Радиофизика — раздел физики, в котором изучаются физические основы радиотехники. Важнейшими проблемами радиофизики являются исследование возбуждения и преобразования электрических сигналов и помех, а также излучения и распространения электромагнитных колебаний. Теоретические основы радиотехники – это базовая дисциплина в системе профессиональной подготовки специалистов в области радиотехники, радиоэлектроники, радио-информатики. 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. Обработкой сигнала называется процесс преобразования сигнала, исходящего от источника информации, с целью освобождения от различного рода помех и информации, вносимой косвенным характером изменяемого физического процесса и нелинейными характеристиками датчиков, а также с целью представления полезной информации в более удобной форме. Если сигнал представляется в цифровой форме и в таком виде подвергается обработке, то говорят о цифровой обработке сигналов (ЦОС). В тоже время подавляющая часть объёма полученной и обработанной информации извлекается и передается радиоэлектронными средствами с использованием радиоволн при наличии различного рода помех. Уже с первых шагов использования радиоволн и электрических колебаний в проводах выяснилось негативное влияние помех на сигналы, что в свою очередь повлияло на качество и скорость передачи информации. На начальном этапе развития радиосвязи, а несколько позже – радиолокации и радионавигации, возможности изменения характеристик передающего и приемного трактов практически отсутствовали. Однако со временем появилась возможность целенаправленной отстройки от помех, то есть реализации радиоэлектронной защиты (РЭЗ) радиоэлектронных средств. В настоящее время под радиоэлектронной защитой информацией (РЭЗИ) понимается совокупность реализуемых в радиоэлектронных средствах и системах мер, способов, технических решений, направленных на предотвращение разрушения и несанкционированного извлечения информации. Цель курсового проектирования: развитие и закрепление практических навыков расчета спектральных характеристик различных радиотехнических сигналов. Задачей курсовой работы является расчет спектральных характеристик различных радиотехнических сигналов. Для решения этой задачи необходимо: Рассмотреть классификацию радиотехнических сигналов, используемых в радиоэлектронике. Выбрать метод расчёта спектральных характеристик сигналов. Рассмотреть свойства преобразования Фурье Рассчитать амплитудный и фазовый спектры одиночного видеоимпульса. Рассчитать амплитудный и фазовый спектры периодической последовательности видеоимпульсов. Рассчитать амплитудный и фазовый спектры одиночного радиоимпульса. Рассчитать амплитудный и фазовый спектры периодической последовательности радиоимпульсов. Рассчитать спектры с помощью ЭВМ (при необходимости) В основу расчёта положить амплитудный и фазовый спектр заданного сигнала. Курсовое проектирование подразумевает применение проектных процедур с использованием конкретных операций с использованием стандартных программных средств для расчета спектральных характеристик радиотехнических сигналов. ВВЕДЕНИЕ Современная радиотехника является мощным средством технического прогресса. Радиотехника проникла во все области народного хозяйства, в науку, технику, культуру и быт. Для радиотехники существует три научно-технические проблемы: Генерирование электромагнитного поля посредством устройств, называемых генераторами, или передающими устройствами. Передача электромагнитного поля от генератора к потребителю через разделяющих их среду, которая может быть названа линией передачи. Использование отправленного передающим устройством электромагнитного поля в территориально отдаленном пункте для тех или иных практических целей при помощи специального приемного устройства. Одна из важнейших задач радиотехники заключается в осуществлении связи на большие расстояния с помощью излучения электромагнитных волн. С развитием различных направлений радиотехники повсеместное распространение получили радиовещание и служебная радиосвязь, все большие районы обслуживает телевидение, осуществляется устойчивая связь с судами, самолетами и космическими станциями. Электроника— наука о взаимодействии заряженных частиц (электронов, ионов) с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств, используемых в основном для передачи, хранения и обработки информации. Широкое применение радиотехнических методов для решения задач, не связанных с излучением, привело к появлению новой области, включающей в себя радиотехнику и электронику, радиоэлектроники. Радиоэлектроника —область современного естествознания, объединяющая ряд разделов науки и техники, основными из которых являются радиотехника и электроника, и изучающая проблемы использования электромагнитных колебаний и волн для передачи и преобразования информации. К радиоэлектронике условно относят инфракрасную технику и оптоэлектронику. Со временем радиофизические методы стали широко использоваться в оптике и механике, акустике и астрономии, а отдельные разделы радиофизики оформились в теорию колебаний, теорию волн, квантовую радиофизику и статистическую радиофизику, распространение радиоволн, радио-оптику, радиоастрономию и т.п. Стремительное развитие методов радиоэлектроники их активное внедрение в большинство областей современной техники породило множество радиосистем различного назначения: от радиовещания до глобальных систем спутниковой связи. При этом любую техническую систему можно рассматривать как радиоэлектронную, если ее основная или одна из основных функций выполняется, с помощью радиосредств. Задачей курсовой работы является расчёт спектральных характеристик различных радиотехнических сигналов. Для решения этой задачи необходимо: Рассмотреть классификацию радиотехнических сигналов, используемых в радиоэлектронике. Выбрать метод расчёта спектральных характеристик сигналов. Рассмотреть свойства преобразования Фурье Рассчитать амплитудный и фазовый спектры одиночного видеоимпульса. Рассчитать амплитудный и фазовый спектры периодической последовательности видеоимпульсов. Рассчитать амплитудный и фазовый спектры одиночного радиоимпульса. Рассчитать амплитудный и фазовый спектры периодической последовательности радиоимпульсов. Рассчитать спектры с помощью ЭВМ (при необходимости) В основу расчёта положить амплитудный и фазовый спектр заданного сигнала. 1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ВИДЫ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 1.1 Детерминированные и случайные сигналы В настоящее время практическая радиотехника использует множество различных сигналов. Прежде, чем приступать к их изучению, необходимо определить понятие «сигнал» и охарактеризовать его общие свойства. Сигнал – физический процесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемый в качестве носителя информации. С информационной точки зрения сигналы можно разделить на детерминированные и случайные. Детерминированным называют любой сигнал, мгновенное значение которого в любой момент времени можно предсказать с вероятностью единица. Примерами детерминированных сигналов могут служить импульсы или пачки импульсов, форма, амплитуда и положение во времени которых известны, а также непрерывный сигнал с заданными амплитудными и фазовыми соотношениями внутри его спектра. К случайным относят сигналы, мгновенные значения которых заранее неизвестны и могут быть предсказаны лишь с некоторой вероятностью, меньшей единицы. Такими сигналами являются, например, электрическое напряжение, соответствующее речи, музыке, последовательности знаков телеграфного кода при передаче неповторяющегося текста. К случайным сигналам относится также последовательность радиоимпульсов на входе радиолокационного приемника, когда амплитуды импульсов и фазы их высокочастотного заполнения флуктуируют из-за изменения условий распространения, положения цели и некоторых других причин. Можно привести большое число других примеров случайных сигналов. По существу, любой сигнал, несущий в себе информацию, должен рассматриваться как случайный. 1.2 Виды сигналов, используемых в радиоэлектронике Для представления и анализа сигналов приходится применять различные методы, которые зависят от назначения, структуры, математического описания и других свойств сигналов. Поэтому достаточно важным этапом процедуры анализа является классификация радиотехнических сигналов. Классификацию детерминированных сигналов можно производить по различным признакам. Рассмотрим наиболее характерные случаи. Как известно, для передачи информации на расстояние используются модулированные колебания, т.е. высокочастотные колебания, один или несколько параметров которых изменяются по закону передаваемого сообщения. Поэтому в канале связи различают следующие сигналы: -управляющие(модулирующие)сигналы; -высокочастотные(несущие) гармонические колебания; -модулированные колебания(радиосигналы). 1.2.1 Управляющие сигналы Управляющие сигналы– это информационные сигналы, подлежащие передаче. Физически они представляют собой электронный вариант какого-либо сообщения, необходимого различным объектам или субъектам. Рассмотрим некоторые виды управляющих сигналов: 1. Непрерывные сигналы – это сигналы, имеющие определенное значение в любой момент времени их существования. Возможны точки разрыва в функции, описывающей сигналы этого класса. Такие сигналы называют ещё аналоговыми сигналами. 2. Широкое использование в настоящее время дискретных и цифровых систем привело к необходимости применять дискретизированные сигналы. При этом различают сигналы: -дискретные по времени; -квантованные по уровню; -цифровые.  Рисунок 1.1 – Непрерывный(а), дискретный по времени (б), квантованный по уровню (в), цифровой (г) 3. Импульсные сигналы - это сигналы, существующие в пределах конечного отрезка времени. Форма сигналов может быть различной: прямоугольная, треугольная и др.  Рисунок 1.2 – Импульсные сигналы 4. Четные сигналы описываются четной функцией времени, т.е функцией, удовлетворяющей условию  . Полярность такого сигнала не изменяется при изменении знака по оси времени. Следовательно, чётный сигнал является симметричным относительно оси ординат (рис. 1.3,а).Нечетные сигналы описываются нечетной функцией времени, т.е. функцией, удовлетворяющей условию  . Полярность такого сигнала изменяется при изменении знака по оси времени. Нечетный сигнал является симметричным относительно начала координат (рис. 1.3,б). Сигнал, описываемый функцией, не удовлетворяющей условиям четности и нечетности, будем называть произвольным (рис. 1.3,в).  Рисунок 1.3 – Четный (а), нечетный (б) и произвольный (в) сигналы 5. Периодические сигналы – сигналы, которые можно представить функцией времени, удовлетворяющей условию (рис 1.3):  где: s(t) – сигнал, n – натуральное число, T – период. Непериодические сигналы не удовлетворяют вышеприведенному условию.  Рисунок 1.4 – Периодический сигнал 1.2.2 Высокочастотные немодулированные сигналы Высокочастотные немодулированные сигналы – это гармонические колебания описываемы функцией:  где: U – амплитуда, t – время,    Рисунок 1.5 – Высокочастотное колебание |