Радиотехнические цепи и сигналы (338,00 руб.)

Стр.3

Стр.276

Стр.277

Стр.278

Стр.279

Стр.280

Стр.281

Стр.282

УДК 621.372(075.8)+621.391(078.8) ББК 32.84я73+32.811я73 Ф338 Печатается по решению кафедры теоретических основ радиотехники Института радиотехнических систем и управления Южного федерального университета (протокол №7 от 13 февраля 2017 г.) Рецензенты: зав. кафедрой информационных систем и радиотехники Донского государственного технического университета, доктор технических наук, профессор Н. Н. Прокопенко декан факультета радиотехники и телекоммуникаций Рязанского государственного радиотехнического университета, доктор техн. наук, доцент Б. И. Филимонов зав. кафедрой радиотехнических систем Рязанского государственного радиотехнического университета, доктор техн. наук, профессор Ю. Н. Паршин Ф338 Федосов, В. П. Радиотехнические цепи и сигналы : учебное пособие / В. П. Федосов ; Южный федеральный университет. – Ростов-наДону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2017. – 282 с. ISBN 978-5-9275-2481-5 Учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения курса «Радиотехнические цепи и сигналы» (РТЦиС), который является базовым для радиотехнических специальностей и направлений, содержит избранные разделы и снабжено решениями многочисленных примеров и задач, позволяющих получить практические навыки их решения при изучении курса. Основные понятия и определения представлены конспективно. Приведены многочисленные рисунки и результаты моделирования в LabVIEW и Multisim. УДК 621.372(075.8)+621.391(078.8) ББК 32.84я73+32.811я73 ISBN 978-5-9275-2481-5 © Южный федеральный университет, 2017 © Федосов В. П., 2017 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2017

Стр.3

Оглавление Оглавление ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................3 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИГНАЛОВ ...............................................3 1.1. Основные радиотехнические процессы .............................3 1.2. Классификация сигналов .....................................................4 1.3. Классификация сигналов по их области определения .....6 1.4. Классификация сигналов по множеству значений ...........6 1.5. Математическое описание континуальных сигналов .......7 1.6. Основные понятия о пространствах сигналов ...................8 1.7. Линейное пространство .......................................................8 1.8. Метрическое пространство .................................................9 1.9. Нормированное пространство ...........................................11 1.10. Представление произвольного сигнала из пространства L2(a, b) в виде разложения по заданной базисной системе функций .......................................................12 1.11. Определение коэффициентов Cn .....................................12 1.12. Применение обобщенных рядов Фурье к задачам, связанным с анализом и синтезом сигналов ...........................14 1.13. Синтез сигналов на основе обобщенных рядов Фурье ..........................................................................................17 1.14. Ряд Фурье. Гармонический анализ сигналов из пространства L2(a,b) ..................................................................17 1.15. Синтез сигналов на основе рядов Фурье........................21 1.16. Гармонический анализ периодических сигналов ..........24 1.17. Расчет спектра ..................................................................27 1.18. Общая формулировка задачи анализа прохождения сигнала через линейные цепи ..................................................30 1.19. Краткая характеристика методов ....................................30 1.20. Применение ортогональных разложений сигналов к анализу их прохождения через линейные цепи .....................33 1.21. Прохождение периодических сигналов через линейные электрические цепи .................................................35 1.22. Гармонический анализ непериодических сигналов ......38 1.23. Спектральная плотность непериодического сигнала ...40 275

Стр.276

Оглавление 1.24. Распространение преобразования Фурье на пространство L2(,) .............................................................. 44 1.25. Основные свойства преобразования Фурье (теоремы о спектрах) ................................................................ 45 1.26. Замечания о неоднозначности преобразования Фурье .......................................................................................... 49 1.27. Применение преобразования Фурье к анализу прохождения сигналов с ограниченной энергией через линейные цепи с постоянными параметрами (спектральный метод анализа) ................................................. 50 1.28. Применение символического метода к описанию сигналов в комплексной форме ............................................... 51 1.29. Обобщение символического метода на случай негармонических сигналов ....................................................... 52 1.30. Геометрическая интерпретация комплексного сигнала ....................................................................................... 52 1.31. Аналитический сигнал (комплексный гильбертовский сигнал) ............................................................ 53 1.32. Основные свойства аналитического сигнала ................ 54 1.33. Введение преобразования Гильберта во временной области ....................................................................................... 55 1.34. Распространение преобразования Гильберта на периодические и почти периодические сигналы ................... 57 1.35. Узкополосные сигналы .................................................... 59 Вопросы для самоконтроля ...................................................... 61 2. РАДИОСИГНАЛЫ (МОДУЛИРОВАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ) ........................................................................... 65 2.1. Амплитудно-модулированные колебания ....................... 67 Вопросы для самоконтроля ...................................................... 72 3. КОЛЕБАНИЯ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ........................ 74 3.1. Общий подход к вычислению спектра колебания с угловой модуляцией .................................................................. 74 3.2. Спектр колебания с угловой модуляцией при тональном модулирующем сигнале ........................................ 74 3.3. Спектр колебания с угловой модуляцией при m << 1 .... 76 276

Стр.277

Оглавление 3.4. Спектр колебания с тональной угловой модуляцией при произвольной величине индекса модуляции ...................77 3.5. Практическая ширина спектра колебания с угловой модуляцией ................................................................................77 3.6. Сравнение спектров ЧМК и ФМК при тональной модуляции ..................................................................................79 Вопросы для самоконтроля ......................................................81 4. ПРОХОЖДЕНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ ЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ........84 4.1. О построении приближенных методов анализа прохождения сигналов через избирательные цепи ................85 4.2. Приближенный метод интеграла свертки (метод огибающих) ................................................................................85 4.3. Приближенный спектральный метод анализа прохождения радиосигналов через избирательные цепи ......87 4.4. Прохождение АМК через колебательный контур ..........92 4.5. Прохождение ЧМК через колебательные цепи ...............96 Вопросы для самоконтроля ......................................................98 5. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СИГНАЛОВ С КОНЕЧНОЙ ЭНЕРГИЕЙ .........................................................99 5.1. Энергия сигнала .................................................................99 5.2. Спектральная плотность энергии сигнала .....................101 5.3. Взаимная корреляционная функция сигналов с конечной энергией ..................................................................103 5.4. Взаимная спектральная плотность энергии ...................103 Вопросы для самоконтроля ....................................................105 6. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ 106 6.1. Параметрический метод получения АМК .....................106 6.2. Нелинейный способ получения АМК ............................107 6.3. Расчет статической модуляционной характеристики при амплитудной модуляции смещением .............................111 Вопросы для самоконтроля ....................................................115 7. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ АМК .....................................................116 7.1. Амплитудное детектирование в параметрической цепи (синхронный детектор) .................................................117 277

Стр.278

Оглавление 7.2. Амплитудное детектирование в нелинейной цепи ....... 118 7.3. Последовательный диодный детектор ........................... 119 7.4. Характеристика детектирования и коэффициент передачи последовательного диодного детектора ............... 121 7.5. Искажения при амплитудном детектировании ............. 123 Вопросы для самоконтроля .................................................... 123 8. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ЧМК ..................................................... 125 8.1. Частотное детектирование на основе преобразования ЧМК в АМК и в амплитудном детектировании ................... 125 8.2. Частотный детектор с настроенными контурами ......... 128 8.3. Частотный детектор, основанный на преобразовании ЧМК в ФМК и фазовом детектировании .............................. 131 Вопросы для самоконтроля .................................................... 133 9. ПОЛУЧЕНИЕ ЧМК.................................................................. 134 9.1. Два метода получения ЧМК ............................................ 134 9.2. Непосредственный метод получения ЧМК ................... 135 9.3. Связь между относительными изменениями емкости контура и относительными изменениями его резонансной частоты............................................................... 136 Вопросы для самоконтроля .................................................... 138 10. LC-ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ... 140 10.1. LC-автогенераторы с внешней обратной связью ........ 140 10.2. LC-автогенератор с контуром в цепи коллектора ....... 142 10.3. Установившийся режим LC-автогенератора с контуром в цепи коллектора .................................................. 145 10.4. Мягкий и жесткий режимы генерации автогенератора ......................................................................... 146 10.5. Определение границы между мягким и жестким режимами самовозбуждения .................................................. 149 10.6. Автогенератор с контуром в цепи коллектора и автоматическим смещением за счет тока базы .................... 151 10.7. Прерывистая генерация в автогенераторе с контуром в цепи коллектора и с автосмещением ................ 152 10.8. Схемы автогенераторов ................................................. 153 10.9. Автогенератор с внутренней обратной связью ........... 155 278

Стр.279

Оглавление 10.10. Схема LC-автогенератора на туннельном диоде .......156 10.11. Установившийся режим автогенератора на туннельном диоде ....................................................................157 Вопросы для самоконтроля ....................................................159 11. RC-АВТОГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ..........................................................................160 11.1. Схемы RC-автогенераторов ..........................................160 11.2. Способы улучшения формы колебаний в RCавтогенераторе .........................................................................162 Вопросы для самоконтроля ....................................................163 12. СЛУЧАЙНЫЕ СИГНАЛЫ ....................................................165 12.1. Наиболее употребимые в радиотехнике плотности вероятности и их числовые характеристики ........................168 12.2. Двумерная плотность вероятности и связанные с ней числовые характеристики случайного сигнала .............170 12.3. Классификация случайных процессов .........................172 12.4. Корреляционная функция и спектральная плотность мощности стационарного случайного процесса ...................................................................................174 12.5. Мощность источника стационарного СП и ее связь с корреляционной функцией и спектральной плотностью мощности .................................................................................176 12.6. Энергетическая ширина спектра случайного сигнала и интервал корреляции .............................................177 12.7. Взаимная корреляционная функция и взаимная спектральная плотность мощности .......................................179 12.8. Узкополосные случайные сигналы...............................180 12.9. Белый шум ......................................................................181 12.10. Прохождение случайных процессов через линейные электрические цепи ...............................................182 12.11. Расчет плотности вероятности стационарного случайного сигнала на выходе линейной цепи ....................188 12.12. Прохождение нормального стационарного СП через линейную электрическую цепь ....................................189 279

Стр.280

Оглавление 12.13. Нормализация случайных сигналов в узкополосных электрических цепях ...................................... 196 12.14. Нелинейные безынерционные преобразования случайных сигналов ................................................................ 199 12.15. Корреляционная функция и спектральная плотность мощности сигнала на выходе нелинейного безынерционного элемента цепи ........................................... 205 12.16. Прохождение узкополосного случайного нормального сигнала через амплитудный детектор с линейной характеристикой детектирования ........................ 211 12.17. Прохождение узкополосного нормального случайного сигнала через амплитудный детектор с квадратичной характеристикой детектирования ................. 212 12.18. Совместное воздействие гармонического сигнала и нормального (Гауссова) шума на амплитудный детектор .................................................................................... 213 Вопросы для самоконтроля .................................................... 215 13. ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛОВ ......................... 219 13.1. Обобщенная структура цифрового фильтра ................ 219 13.2. Трансверсальный фильтр .............................................. 220 13.3. Рекурсивный фильтр ...................................................... 221 13.4. Передаточные функции цифровых фильтров ............. 222 13.5. Алгоритм работы рекурсивного фильтра .................... 223 13.6. Каноническая схема рекурсивного фильтра................ 224 13.7. Z-преобразование передаточной функции .................. 224 13.8. Свойства z-преобразования ........................................... 225 13.9. Область сходимости для z-преобразования ................. 227 13.10. Обратное z-преобразование ........................................ 228 13.11. Синтез цифровых фильтров ........................................ 231 13.12. Способ синтеза на основе использования zпреобразования комплексной передаточной функции ........ 231 Вопросы для самоконтроля .................................................... 236 14. ОПТИМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ....................................... 237 14.1. Постановка задачи оптимальной фильтрации ............. 237 280

Стр.281

Оглавление 14.2. Оптимальный фильтр, согласованный с заданным сигналом при белом шуме на входе цепи .............................240 14.3. Импульсная характеристика согласованного фильтра .....................................................................................241 14.4. Выходной сигнал согласованного фильтра .................242 14.5. Помеха на выходе согласованного фильтра ................243 14.6. Примеры синтеза согласованных фильтров ................244 Вопросы для самоконтроля ....................................................258 15. ЭЛЕМЕНТЫ СИНТЕЗА ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ..................................................260 15.1. Преобразование формы сигнала ...................................261 15.2. Оптимальная фильтрация сигнала при небелом шуме .........................................................................................262 15.3. Задача фильтрации с максимальным сохранением формы сигнала .........................................................................265 15.4. Цифровой согласованный фильтр ................................272 Вопросы для самоконтроля ....................................................273 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................274 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................274 281

Стр.282