"სიგნალის" ცნება შეიძლება სხვადასხვაგვარად იქნას განმარტებული. ეს არის კოსმოსში გადატანილი კოდი ან ნიშანი, ინფორმაციის მატარებელი, ფიზიკური პროცესი. სიგნალიზაციის ბუნება და მათი კავშირი ხმაურთან გავლენას ახდენს მის დიზაინზე. სიგნალის სპექტრები შეიძლება კლასიფიცირდეს რამდენიმე გზით, მაგრამ ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტურია მათი ცვლილება დროთა განმავლობაში (მუდმივი და ცვლადი). მეორე ძირითადი კლასიფიკაციის კატეგორიაა სიხშირეები. თუ უფრო დეტალურად განვიხილავთ დროის დომენის სიგნალების ტიპებს, მათ შორის შეიძლება გამოვყოთ: სტატიკური, კვაზისტატიკური, პერიოდული, განმეორებადი, გარდამავალი, შემთხვევითი და ქაოტური. თითოეულ ამ სიგნალს აქვს სპეციფიკური თვისებები, რომლებსაც შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ დიზაინის შესაბამის გადაწყვეტილებებზე.
სიგნალის ტიპები
სტატიკური, განსაზღვრებით, უცვლელია ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში. კვაზი-სტატიკური განისაზღვრება DC დონით, ამიტომ საჭიროა მისი დამუშავება დაბალი დრიფტის გამაძლიერებლის სქემებში. ამ ტიპის სიგნალი არ წარმოიქმნება რადიოსიხშირეებზე, რადგან ამ სქემებიდან ზოგიერთს შეუძლია ძაბვის სტაბილური დონე. მაგალითად, უწყვეტიმუდმივი ამპლიტუდის ტალღის გაფრთხილება.
ტერმინი "კვაზი-სტატიკური" ნიშნავს "თითქმის უცვლელს" და, შესაბამისად, ეხება სიგნალს, რომელიც უჩვეულოდ ნელა იცვლება დიდი ხნის განმავლობაში. მას აქვს მახასიათებლები, რომლებიც უფრო ჰგავს სტატიკური გაფრთხილებებს (მუდმივ) ვიდრე დინამიურ გაფრთხილებებს.
პერიოდული სიგნალები
ესენია, რომლებიც მეორდება ზუსტად რეგულარულად. პერიოდული ტალღების მაგალითებია სინუსი, კვადრატი, ხერხის კბილი, სამკუთხა ტალღები და ა.შ. პერიოდული ტალღის ფორმის ბუნება მიუთითებს, რომ ის იდენტურია დროის ხაზის ერთსა და იმავე წერტილებში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ ვადები მიიწევს ზუსტად ერთ პერიოდზე (T), მაშინ ტალღის ფორმის ცვლილების ძაბვა, პოლარობა და მიმართულება მეორდება. ძაბვის ტალღის ფორმისთვის ეს შეიძლება გამოისახოს: V (t)=V (t + T).
განმეორებითი სიგნალები
ისინი ბუნებით კვაზი-პერიოდული ხასიათისაა, ამიტომ მათ გარკვეული მსგავსება აქვთ პერიოდულ ტალღის ფორმასთან. მათ შორის მთავარი განსხვავება გვხვდება f(t) და f(t + T) სიგნალის შედარებით, სადაც T არის გაფრთხილების პერიოდი. პერიოდული სიგნალებისგან განსხვავებით, განმეორებით ბგერებში ეს წერტილები შეიძლება არ იყოს იდენტური, თუმცა ისინი ძალიან ჰგვანან, ისევე როგორც მთლიანი ტალღის ფორმა. განსახილველი გაფრთხილება შეიძლება შეიცავდეს დროებით ან მუდმივ მითითებებს, რომლებიც განსხვავდება.
გარდამავალი სიგნალები და იმპულსური სიგნალები
ორივე ტიპი ან ერთჯერადი მოვლენაა ანპერიოდული, რომელშიც ხანგრძლივობა ძალიან მოკლეა ტალღის ფორმის პერიოდთან შედარებით. ეს ნიშნავს, რომ t1 <<< t2. თუ ეს სიგნალები გარდამავალი იყო, ისინი განზრახ წარმოიქმნებოდა RF სქემებში იმპულსების ან გარდამავალი ხმაურის სახით. ამრიგად, ზემოაღნიშნული ინფორმაციადან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სიგნალის ფაზური სპექტრი უზრუნველყოფს დროის რყევებს, რომლებიც შეიძლება იყოს მუდმივი ან პერიოდული.
ფურიეს სერია
ყველა უწყვეტი პერიოდული სიგნალი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ფუნდამენტური სიხშირის სინუსური ტალღით და კოსინუსური ჰარმონიკის სიმრავლით, რომლებიც წრფივად გროვდება. ეს რხევები შეიცავს ადიდებულების ფორმის ფურიეს სერიას. ელემენტარული სინუსური ტალღა აღწერილია ფორმულით: v=Vm sin(_t), სადაც:
- v - მყისიერი ამპლიტუდა.
- Vm არის პიკის ამპლიტუდა.
- "_" – კუთხური სიხშირე.
- t – დრო წამებში.
პერიოდი არის დრო იდენტური მოვლენების გამეორებას შორის ან T=2 _ / _=1 / F, სადაც F არის სიხშირე ციკლებში.
ფურიეს სერია, რომელიც ქმნის ტალღის ფორმას, შეიძლება მოიძებნოს, თუ მოცემული მნიშვნელობა დაიშლება მის კომპონენტულ სიხშირეებად ან სიხშირის შერჩევითი ფილტრის ბანკით ან ციფრული სიგნალის დამუშავების ალგორითმით, რომელსაც ეწოდება სწრაფი ტრანსფორმაცია. ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნულიდან აშენების მეთოდი. ფურიეს სერია ნებისმიერი ტალღის ფორმისთვის შეიძლება გამოისახოს ფორმულით: f(t)=ao/2+_ –1 [a cos(n_t) + b ცოდვა(n_t). სად:
- an და bn -კომპონენტის გადახრები.
- n არის მთელი რიცხვი (n=1 არის ფუნდამენტური).
სიგნალის ამპლიტუდა და ფაზური სპექტრი
გადახრის კოეფიციენტები (an და bn) გამოიხატება ჩაწერით: f(t)cos(n_t) dt. აქ an=2/T, bn =2/T, f(t)sin(n_t) dt. ვინაიდან არსებობს მხოლოდ გარკვეული სიხშირეები, ფუნდამენტური დადებითი ჰარმონიები, რომლებიც განისაზღვრება მთელი n-ით, პერიოდული სიგნალის სპექტრს ეწოდება დისკრეტული.
ტერმინი ao / 2 ფურიეს სერიის გამოსახულებაში არის f(t) საშუალო ტალღის ერთი სრული ციკლის (ერთი ციკლის) განმავლობაში. პრაქტიკაში, ეს არის DC კომპონენტი. როდესაც განხილული ტალღის ფორმა არის ნახევრად ტალღოვანი სიმეტრიული, ანუ სიგნალის მაქსიმალური ამპლიტუდის სპექტრი არის ნულის ზემოთ, ის უდრის პიკის გადახრას მითითებული მნიშვნელობის ქვემოთ თითოეულ წერტილში t ან (+ Vm=_–Vm_), მაშინ არ არის DC კომპონენტი, ამიტომ ao=0.
ტალღის ფორმის სიმეტრია
შესაძლებელია ფურიეს სიგნალების სპექტრის შესახებ რამდენიმე პოსტულატის გამოტანა მისი კრიტერიუმების, ინდიკატორებისა და ცვლადების შესწავლით. ზემოთ მოყვანილი განტოლებიდან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ჰარმონიები უსასრულობამდე ვრცელდება ყველა ტალღის ფორმაზე. ნათელია, რომ პრაქტიკულ სისტემებში გაცილებით ნაკლებია უსასრულო გამტარობა. აქედან გამომდინარე, ზოგიერთი ჰარმონია მოიხსნება ელექტრონული სქემების ნორმალური ფუნქციონირებით. გარდა ამისა, ზოგჯერ აღმოჩენილია, რომ უფრო მაღალი შეიძლება არ იყოს ძალიან მნიშვნელოვანი, ამიტომ მათი იგნორირება შეიძლება. როგორც n იზრდება, ამპლიტუდის კოეფიციენტები an და bn კლებულობს. რაღაც მომენტში, კომპონენტები იმდენად მცირეა, რომ მათი წვლილი ტალღის ფორმაში ან უმნიშვნელოაპრაქტიკული მიზანი, ან შეუძლებელი. n-ის მნიშვნელობა, რომელშიც ეს ხდება, ნაწილობრივ დამოკიდებულია მოცემული რაოდენობის ზრდის დროზე. აწევის პერიოდი განისაზღვრება, როგორც დრო, რომელიც საჭიროა ტალღის აწევისთვის მისი საბოლოო ამპლიტუდის 10%-დან 90%-მდე.
კვადრატული ტალღა განსაკუთრებული შემთხვევაა, რადგან მას აქვს ძალიან სწრაფი აწევის დრო. თეორიულად, ის შეიცავს უსასრულო რაოდენობის ჰარმონიას, მაგრამ ყველა შესაძლო არ არის განსაზღვრული. მაგალითად, კვადრატული ტალღის შემთხვევაში გვხვდება მხოლოდ კენტი 3, 5, 7. ზოგიერთი სტანდარტის მიხედვით, კვადრატული ტალღის ზუსტი გამრავლებისთვის საჭიროა 100 ჰარმონია. სხვა მკვლევარები ამტკიცებენ, რომ მათ სჭირდებათ 1000.
კომპონენტები ფურიეს სერიისთვის
სხვა ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს კონკრეტული ტალღის განხილული სისტემის პროფილს, არის ფუნქცია, რომელიც უნდა განისაზღვროს, როგორც კენტი ან ლუწი. მეორე არის ის, რომელშიც f (t)=f (–t), ხოლო პირველისთვის – f (t)=f (–t). თანაბარ ფუნქციაში არის მხოლოდ კოსინუსური ჰარმონიები. მაშასადამე, სინუს ამპლიტუდის კოეფიციენტები bn ნულის ტოლია. ანალოგიურად, მხოლოდ სინუსოიდური ჰარმონია გვხვდება კენტ ფუნქციაში. ამიტომ, კოსინუსების ამპლიტუდის კოეფიციენტები ნულია.
როგორც სიმეტრია, ასევე საპირისპიროები შეიძლება გამოვლინდეს ტალღის სახით რამდენიმე გზით. ყველა ამ ფაქტორს შეუძლია გავლენა მოახდინოს შეშუპების ტიპის ფურიეს სერიის ბუნებაზე. ან, განტოლების თვალსაზრისით, ტერმინი ao არ არის ნულოვანი. DC კომპონენტი არის სიგნალის სპექტრის ასიმეტრიის შემთხვევა.ამ ოფსეტმა შეიძლება სერიოზულად იმოქმედოს გაზომვის ელექტრონიკაზე, რომელიც დაწყვილებულია უცვლელ ძაბვასთან.
სტაბილურობა გადახრებში
ნულოვანი ღერძის სიმეტრია ხდება მაშინ, როდესაც ტალღის საბაზისო წერტილი დაფუძნებულია და ამპლიტუდა არის ნულოვანი ფუძის ზემოთ. ხაზები უდრის გადახრას საბაზისო ხაზის ქვემოთ, ან (_ + Vm_=_ –Vm_). როდესაც შეშუპება ნულოვანი ღერძის სიმეტრიულია, ის ჩვეულებრივ არ შეიცავს ლუწი ჰარმონიებს, მხოლოდ კენტებს. ეს სიტუაცია ხდება, მაგალითად, კვადრატულ ტალღებში. თუმცა, ნულოვანი ღერძის სიმეტრია არ გვხვდება მხოლოდ სინუსოიდულ და მართკუთხა ადიდებულებში, როგორც ეს ნაჩვენებია სასხლეტი კბილის მნიშვნელობით.
არსებობს გამონაკლისი ზოგადი წესიდან. სიმეტრიულ ფორმაში იქნება ნულოვანი ღერძი. თუ ლუწი ჰარმონიები ფუნდამენტური სინუს ტალღის ფაზაშია. ეს მდგომარეობა არ შექმნის DC კომპონენტს და არ დაარღვევს ნულოვანი ღერძის სიმეტრიას. ნახევარტალღის უცვლელობა ასევე გულისხმობს თანაბარი ჰარმონიის არარსებობას. ამ ტიპის ინვარიანტობით, ტალღის ფორმა არის ნულოვანი საბაზისო ხაზის ზემოთ და წარმოადგენს შეშუპების სარკისებურ სურათს.
სხვა მიმოწერების არსი
კვარტალური სიმეტრია არსებობს, როდესაც ტალღის ფორმის მხარის მარცხენა და მარჯვენა ნახევარი ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებებია ნულოვანი ღერძის იმავე მხარეს. ნულოვანი ღერძის ზემოთ, ტალღის ფორმა კვადრატულ ტალღას ჰგავს და მართლაც, გვერდები იდენტურია. ამ შემთხვევაში, არსებობს ლუწი ჰარმონიების სრული ნაკრები და ნებისმიერი უცნაური, რომელიც არსებობს, ფუნდამენტური სინუსოიდურის ფაზაშია.ტალღა.
სიგნალების ბევრი იმპულსური სპექტრი აკმაყოფილებს პერიოდის კრიტერიუმს. მათემატიკურად რომ ვთქვათ, ისინი ფაქტობრივად პერიოდულია. დროებითი გაფრთხილებები სათანადოდ არ არის წარმოდგენილი ფურიეს სერიებით, მაგრამ შეიძლება წარმოდგენილი იყოს სინუსური ტალღებით სიგნალის სპექტრში. განსხვავება ისაა, რომ გარდამავალი გაფრთხილება არის უწყვეტი და არა დისკრეტული. ზოგადი ფორმულა გამოიხატება ასე: sin x / x. იგი ასევე გამოიყენება განმეორებადი პულსის გაფრთხილებისთვის და გარდამავალი ფორმისთვის.
შერჩეული სიგნალები
ციფრულ კომპიუტერს არ შეუძლია მიიღოს ანალოგური შემავალი ბგერები, მაგრამ მოითხოვს ამ სიგნალის ციფრულ წარმოდგენას. ანალოგური ციფრული გადამყვანი ცვლის შეყვანის ძაბვას (ან დენს) წარმომადგენლობით ორობით სიტყვად. თუ მოწყობილობა მუშაობს საათის ისრის მიმართულებით ან შესაძლებელია ასინქრონულად გაშვება, მაშინ მას დასჭირდება სიგნალის ნიმუშების უწყვეტი თანმიმდევრობა, დროის მიხედვით. როდესაც გაერთიანებულია, ისინი წარმოადგენენ ორიგინალურ ანალოგურ სიგნალს ბინარული ფორმით.
ტალღის ფორმა ამ შემთხვევაში არის დროის ძაბვის უწყვეტი ფუნქცია, V(t). სიგნალი აღებულია სხვა სიგნალით p(t) სიხშირით Fs და სინჯის პერიოდი T=1/Fs და შემდეგ რეკონსტრუქცია ხდება. მიუხედავად იმისა, რომ ეს შეიძლება იყოს საკმაოდ წარმომადგენლობითი ტალღის ფორმა, ის უფრო დიდი სიზუსტით იქნება აღდგენილი, თუ ნიმუშის სიხშირე (Fs) გაიზრდება.
ეს ხდება, რომ სინუსური ტალღა V (t) აღებულია სინჯის პულსის გაფრთხილებით p (t), რომელიც შედგება თანაბარი თანმიმდევრობისგან.დაშორებული ვიწრო მნიშვნელობები გამოყოფილი T დროში. შემდეგ სიგნალის სპექტრის სიხშირე Fs არის 1 / T. შედეგი არის კიდევ ერთი იმპულსური პასუხი, სადაც ამპლიტუდები არის ორიგინალური სინუსოიდური გაფრთხილების ნიმუშის ვერსია.
ნიკვისტის თეორემის მიხედვით შერჩევის სიხშირე Fs უნდა იყოს ორჯერ მეტი მაქსიმალური სიხშირე (Fm) გამოყენებული ანალოგური სიგნალის V (t) ფურიეს სპექტრში. ნიმუშის აღების შემდეგ ორიგინალური სიგნალის აღსადგენად, ნიმუშის ტალღის ფორმა უნდა გაიაროს დაბალი გამტარი ფილტრით, რომელიც ზღუდავს გამტარობას Fs-მდე. პრაქტიკულ RF სისტემებში, ბევრი ინჟინერი აღმოაჩენს, რომ Nyquist-ის მინიმალური სიჩქარე არ არის საკმარისი ნიმუშის ფორმის კარგი რეპროდუქციისთვის, ამიტომ გაზრდილი სიჩქარე უნდა იყოს მითითებული. გარდა ამისა, ზედმეტად შერჩევის ზოგიერთი ტექნიკა გამოიყენება ხმაურის დონის მკვეთრად შესამცირებლად.
სიგნალის სპექტრის ანალიზატორი
შერჩევის პროცესი ჰგავს ამპლიტუდის მოდულაციის ფორმას, რომელშიც V(t) არის ჩაშენებული გაფრთხილება სპექტრით DC-დან Fm-მდე და p(t) არის გადამზიდავი სიხშირე. მიღებული შედეგი წააგავს ორმაგ გვერდითა ზოლს გადამზიდავი რაოდენობით AM. მოდულაციის სიგნალების სპექტრები ჩნდება Fo სიხშირის გარშემო. რეალური ღირებულება ცოტა უფრო რთულია. გაუფილტრავი AM რადიო გადამცემის მსგავსად, ის ჩნდება არა მხოლოდ მატარებლის ფუნდამენტური სიხშირის (Fs) ირგვლივ, არამედ Fs-ზე მაღლა და ქვევით დაშორებულ ჰარმონიებზეც.
თუ ვივარაუდებთ, რომ შერჩევის სიხშირე შეესაბამება Fs ≧ 2Fm განტოლებას, თავდაპირველი პასუხი აღდგენილია ნიმუშის ვერსიიდან,მისი გავლა დაბალი რხევის ფილტრში ცვლადი წყვეტით Fc. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია მხოლოდ ანალოგური აუდიო სპექტრის გადაცემა.
Fs <2Fm უტოლობის შემთხვევაში ჩნდება პრობლემა. ეს ნიშნავს, რომ სიხშირის სიგნალის სპექტრი წინა მსგავსია. მაგრამ თითოეული ჰარმონიის ირგვლივ მონაკვეთები გადახურულია ისე, რომ "-Fm" ერთი სისტემისთვის ნაკლებია "+Fm" რხევის შემდეგი ქვედა რეგიონისთვის. ეს გადახურვა იწვევს სინჯის სიგნალს, რომლის სპექტრული სიგანე აღდგება დაბალი გამტარი ფილტრით. ის არ გამოიმუშავებს Fo-ს სინუსური ტალღის თავდაპირველ სიხშირეს, არამედ უფრო დაბალია, ტოლია (Fs - Fo) და ტალღის ფორმაში გადატანილი ინფორმაცია იკარგება ან დამახინჯდება.
