Краткие теоретические сведения

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генератора в любую другую частоту, которая в данное время необходима для радиосвязи или вещания. Стабильность частоты при этом преобразовании не должна существенно ухудшаться. В отдельных случаях синтезатор частоты не нужен, например, если генератор непосредственно создает колебания нужной частоты. Однако с синтезатором легче обеспечить требуемую высокую точность и стабильность частоты, так как он, во-первых, работает на более низкой частоте, на которой легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на фиксированной частоте. Кроме того, современные синтезаторы приспособлены для дистанционного или автоматического управления синтезируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Синтезаторы частоты, в которых используются способы прямого или косвенного синтеза частоты на основе стабильного опорного генератора.

При прямом синтезе выходная частота синтезатора получается путем многократных последовательно проводимых операций деления, умножения, сложения и вычитания частоты колебания опорного генератора и частот, получающихся при этих операциях колебаний.

Деление частоты про изводится специальными каскадами - делителями частоты, в качестве которых можно использовать, например, триггеры.

В качестве умножителей обычно используются генераторы гармоник, формирующие короткие импульсы из колебания, частота которого подлежит умножению. Спектр этих импульсов богат гармониками. С помощью узкополосного полосового фильтра из спектра импульсов выделяется сигнал требуемой гармоники.

Сложение и вычитание частот получается в процессе преобразования частоты в преобразователях (иногда их называют смесителями). На входы преобразователя подаются два сигнала с частотами, которые надо сложить или вычесть. При взаимодействии этих сигналов в преобразователе возникают составляющие различных комбинационных частот, в том числе суммарной и разностной, одна из которых выделяется фильтром.

Принцип прямого синтеза частоты можно пояснить с помощью рис. 1, где показана структурная схема синтезатора частоты. Здесь приняты следующие обозначения: Г - кварцевый генератор частоты 1 МГц; Д1-ДЗ - делители частоты на 1 о; У1- УЗ - умножители частоты с изменяемым коэффициентом умножения; Пр 1, Пр2 - преобразователи частоты.

Рисунок 1- Структурная схема синтезатора частоты

Предположим, что необходимо получить частоту 156 кГц. После делителей частоты Д1-ДЗ получаются частоты соответственно 100, 10 и 1 кГц. Установив переключатели настройки умножителей У1-УЗ в положения п, = 1, п2 = 5 и llз = 6, получим на выходах умножителей соответственно частоты 100, 50 и 6 кГц. На выходе преобразователя Пр2 выделяется суммарный сигнал с частотой 50 + 6 = 56 кГц, а после преобразователя Пр1 - нужная частота 156 кГц.

Выделение нужных частот после умножителей и преобразователей производится резонансными контурами или фильтрами. Следует иметь в виду, что для уменьшения побочных составляющих (соседние гармоники, остатки слагаемых или вычитаемых в преобразователях сигналов, их комбинационных составляющих) необходимо использовать достаточно сложные фильтрующие устройства.

В синтезаторах косвенного синтеза источником колебаний рабочей частоты служит перестраиваемый по частоте управляемый напряжением генератор (УГ). Текущая частота УГ преобразуется в частоту, равную частоте опорного сигнала или частоте другого колебания, полученного из сигнала опорного генератора, и сопоставляется с ней. В результате сравнения частот (с точностью до фазы) вырабатывается сигнал ошибки, который и подстраивает управляемый генератор. Цепь, выполняющая эти операции, называется системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Обычно используются два типа систем фазовой автоподстройки: с делением частоты в цепи приведения частоты управляемого генератора к частоте опорного сигнала и с суммированием или вычитанием сигналов в этой цепи, т.е. с преобразованием частоты.

Принцип работы системы ФАПЧ первого типа состоит в следующем (рис. 2). Колебания управляемого напряжением генератора УГ подаются на один из двух входов фазового детектора ФД  через делитель с переменным коэффициентом деления ДПКД, который делит частоту сигнала генератора в n раз. На второй вход фазового детектора подается сигнал опорного генератора ОГ с частотой fо.

Выходное напряжение фазового детектора через фильтр нижних частот ФНЧ воздействует на управляемый генератор так, что частота его сигнала, поделенная в n раз, будет равна частоте опорного генератора. Изменяя коэффициент деления ДПКД, можно изменять частоту генератора с шагом, равным частоте fо. В качестве ДПКД обычно используются счетчики импульсов, выполненные на цифровых элементах.

Рисунок 2 Структурная схема синтезатора частоты с ФАПЧ первого типа.

Принцип работы системы ФАПЧ второго типа поясняется рис. з. Колебания управляемого генератора с частотой fуг и колебания генератора сдвига ГС с частотой [с подаются на входы преобразователя частоты Пр. На выходе последнего полосовым фильтром ПФ выделяется сигнал разностной частоты дf = fс - fуг или дf = fуг - fС. Этот сигнал подается на один вход фазового детектора, на второй его вход поступает сигнал опорного генератора fо. На выходе детектора образуется управляющее напряжение, которое изменяет частоту управляемого генератора до получения равенства дf = fо. В качестве генератора сдвига можно использовать синтезатор, выполнены на основе метода прямого синтеза.

Выходным сигналом синтезаторов косвенного синтеза частоты являются колебания управляемого генератора без каких-либо преобразований, обеспечивающие высокую спектральную чистоту выходных колебаний (отсутствие побочных составляющих).

Чтобы получить небольшой шаг перестройки синтезатора, частота fо должна быть небольшой и равной этому шагу. Поскольку опорные генераторы обычно выполнены на кварцевых резонаторах с достаточно высокой частотой, производят деление частоты до требуемого значения. В реальных синтезаторах частоты применяют и более сложные системы ФАПЧ, что облегчает процессы пере стройки синтезаторов и борьбу с побочными составляющими.

Рисунок 3- Структурная схема синтезатора частоты с ФАПЧ второго типа

Задание

3.1 Ознакомится синтезаторами частоты с ФАПЧ первого второго типа (краткие теоретические сведения)

3.2 Используя структурную схему синтезатора частоты (рис 1) необходимо получить частоту равную 220 кГц.

3.3 Начертить структурные схемы синтезатора частоты первого и второго тип

Контрольные вопросы

1 Для чего предназначен синтезатор частоты?

2 В каких случаях синтезаторы частоты не применяется?

3 Какие способы синтеза используются в синтезаторах частоты?

4 Что служит источником колебаний рабочей частоты в синтезаторах косвенного синтеза?

5 Для чего предназначен УГ (управляемый генератор) синтезаторах косвенного синтеза?

6 Объясните принцип работы системы ФАПЧ первого типа.

7 Какой сигнал выделяется на выходе фазового детектора (рис. 2)?

8 Объясните принцип работы системы ФАПЧ второго типа.

9 Какой сигнал выделяется на выходе ПФ (рис. 3)?

10Что является выходным сигналом синтезаторов косвенного синтеза частоты?

Содержание отчета

5.1 Название работы

5.2 Цель работы

5.3 Задание

5.4 Формулы для расчета

5.5 Вывод

5.6 Ответы на контрольные вопросы

Список литературы

6.1 Под ред. В.Е. Джаконии. Телевидение: Учебник для вузов/-М.: Радио и связь, 1997.-640с.

6.2 ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений.

6.3 Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учеб. Пособия.- М.: Горячая линия -Телеком, 2001.-224с.

6.4 Барабаш П.А.,Воробьев С.П. и др. Мультисервисные сети кабельного телевидения. – СПб.: Наука, 2000.

Практическая работа 4

«Временные характеристики сигналов яркости и цветности»

Цель занятия

1.1 Изучить измерения расхождение во времени сигналов яркости и

Цветности,

1.2 Определить различие в усиление ( ), и расхождение во времени когда сигнал яркости опережает сигнал цветности,

1.3 Определить различие в усиление ( ), и расхождение во времени когда сигнал цветности опережает сигнал яркости.

Пояснение к занятию

2.1 Краткие теоретические сведения

Оценку различия в усиления ( ), и расхождения во времени сигналов яркости и цветности производят по испытательному импульсу 20Т (длительностью 1600 нс) (рис.9.).

Рисунок 1 - Испытательный импульс 20Т

Различие в усиления и расхождения во времени сигналов яркости и цветности вызываются линейными искажениями видеотракта и связаны соответственно с искажениями его амплитудной - частотной и фаза частотной характеристик (А ЧХ и ФЧХ). Под влиянием этих искажений нарушается цветопередача изображения. При этом уменьшение усиления сигнала цветности относительно сигнала яркости вызывает повышения уровня шума на цветном изображении, а увеличение усиления сигнала цветности относительно сигнала яркости может привести к возрастанию уровня шумов каналах РР Л и к появлению более заметной ВЧ помехи в виде мелкой сетке на экране ВКУ черно - белого изображения. Расхождения во времени сигналов яркости и цветности приводит к появлению заметных цветных окантовок контуров изображения.

С помощью испытательного импульса 20Т (рисунок 1) имитируются сигналы яркости и цветности состоит из двух сигналов: синусоквадратичного длительностью 20Т (рисунок 2) - этот импульс имитирует сигнал яркости и поднесущей цветности, модулированный по амплитуде импульсом 20Т (рисунок 3) Частотные спектры сигнала яркости и цветности показаны (рисунок  4).

Рисунок 2 - График синусквадратичного импульс

Рисунок 3 - Модулированный по амплитуде импульса 20Т

а) Спектр сигнала яркости б) Спектр сигнала цветности

Рисунок 4 - Частотный спектр импульса 20Т

При наличие одновременных искажении А ЧХ и ФЧХ испытательный импульс 20Т приобретает специфические искажения основания (рис.5). Огибающая основания испытательного сигнала имеет волнообразный характер с двумя экстремумами (Ul и U2) или одним. Эти экстремумы (если их два) всегда имеют разные знаки, и определяются они различием в усилении ( ), и расхождением во времени сигналов яркости и цветности. Один экстремум (положительный или отрицательный) имеет место в том случае, когда расхождение во времени . Обычно экстремумы Ul и U2 испытательного импульса оценивают в процентах относительно уровня П - импульса и определяют:

                                 (5.1)

где Ul, U2 - экстремумы испытательного сигнала, - амплитуда

испытательного сигнала. По ним можно определить различие усиления (%) и расхождения во времени (нс) сигналов яркости и цветности. Величины определяют с помощью специальных графиков (рис. 14 и 15). Различие в усилении сигналов яркости и цветности  не должно превышать 10...20% в зависимости от РРЛ. Расхождение во времени этих сигналов  не должно превышать 100 ... 200 нс.

Рисунок 5 - К пояснению искажения импульса 20Т

Пример расчета.

Таблица 1- Исходные данные

По графику

                                                                 а)

б)

Рисунок 6 - Графики для определения ( ), ( ) в случае сигнал яркости опережает

сигнал цветности (а - для малых, б - для больших значений ( ), ( ))

а)

Рисунок 7 - Графики для определения ( ), ( ) в случае когда сигнал цветности опережает сигнал яркости (а - для малых, б- для больших значений ( ), ( ))

Исходные данные взять из таблицы 2.

Таблица 2 - Исходные данные

Содержание отчета

4.1 Цель работы

4.2 Краткие теоретические сведения.

4.3 Задания.

4.4 Осциллограммы измерительных сигналов

4.5 Графики для каждого расчета.

4.6 Ответы на контрольные вопросы

Конторольные вопросы

5.1 Дайте определение испытательному импульсу и привидите его в графический вид

5.2 Как отлиается между собой сигналы яркости и цветности

5.3 Что представляет собой модулированные по амплитуде импульсы?

Список литературы

6.1 Под ред. В.Е. Джаконии. Телевидение: Учебник для вузов/-М.: Радио и связь, 1997.-640с.

6.2 ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений.

6.3 Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учеб. Пособия.- М.: Горячая линия -Телеком, 2001.-224с.

6.4 Барабаш П.А.,Воробьев С.П. и др. Мультисервисные сети кабельного телевидения. – СПб.: Наука, 2000.

Практическое занятие 5

«Расчет помехоустойчивости в системе СЕКАМ»

Цель занятия

1.1 Рассчитать напряжение взвешенных помех (Ё) при прямом включении камеры и ВКУ,

1.2 Рассчитать напряжение взвешенных помех (Ё) при включения между камерой и ВКУ кодирующую и декодирующую матрицу, ФНЧ, если ФП в тракте передачи отсутствуют (Ё_тр),

1.3 Рассчитать напряжение взвешенных помех (Ё) при включения между камерой и ВКУ кодирующую и декодирующую матрицу, ФНЧ и при наличия ФП в тракте передачи (Ё_тр),

Пояснение к занятию

2.1 Краткие теоретические сведения

В теории связи помехоустойчивость характеризует как степень соответствия принято го сообщения переданному при заданной помехе. Но это общее определение применительно к вещательному телевидению является слишком широким и подходит, скорее, в качестве критерия качества изображения, поскольку под него попадают все виде искажения. Определенность вносить выбор количественной меры помехоустойчивости. В телевидение в качестве такого критерия используют отношение сигнал - помеха, т.е. отношение размаха сигнала к эффективному напряжению флуктуационной помехи. Флуктационные помехи (ФП) ухудшают различение мелких деталей и полутонов в изображении, т.е. сокращают количество информации, передаваемой ТВ системы.

В ТВ вещании имеется четыре основных источника ФП: формирование видеосигналов в передающих камерах, видеозапись, передача по линиям дальней связи и эфирный прием. Так как три последних вносят шумы в полный цветовой ТВ сигнал, то в сигнале на входе цветового декодера существует два компонента ФП: помехи камеры, «скрытые» в сигнале цветности, и помехи, добавленные к полному цветовому сигналу, представляющие собой сумму помех камеры в яркостном сигнале и помех тракта.

Рисунок 1 - Функциональная схема преобразования сигналов и помех в системе СЕКАМ

За критерии помехоустойчивости системы примем величину, характеризирующую визуальную зашумленность цветного изображения, а именно напряжение взвешенных помех СЕ):

                                (6.1)

, где а, ~, Е - коэффициенты относительности видности помех (смотри таблицу 2).

Возьмем трехтрубочную камеру RGB. Пусть на выходе камерного канала отношение сигнал - шум: 'l'R = 'l' G =ув =40 дБ. В полосе частот БМГц. Примем номинальные размахи сигналов: U_R= U_G = U_B = U_y =1 В. Тогда напряжение трех ФП: E_R =Е_с= Е_в=10В Взвешенные значение помех: Ё_R =Ё_с= Ё_в=А(6) = 0,34 * 10 = 3,4мВ. Подав три сигнала основных цветов непосредственно на ВКУ, получим изображение зашумленностью:

Теперь включим между камерой и ВКУ кодирующею и декодирующею матрицу, ФНЧ, т.е. определим влияние перехода на сигналы У, R-Y, D-Y (Рис l)Показана функциональная схема преобразования сигналов и помех в системе СЕКАМ. В кодирующей матрице шумы суммируются по мощности:

, где а, Ь, с, d,f - коэффициенты определяющие долю видеосигнала основных цветов (см. таб. 2).

Цветоразностные сигналы проходя через ФНЧ ограничиваются по полосе от б до 1,5 МГц, что уменьшает помехи в них в 2 раза.

При кодирование СЕКАМ формируются сигналы D_R, D_B помехи в которых равны:

где значения А,В смотрим в таблице 2.

Взвешенные значения помех сигналов D_R, D_B.

 Эти помехи проходят через канал цветности без изменений, но в декодере к ним добавляется шумы из сигнала У, преобразованные в ЧМ модуляторе:

где а- спектральная плотность шумов. Если помехи в тракте передачи отсутствуют, то спектральная плотность шумов на входе канала цветности: а = 2,74 мВМГц -1/2 .Суммарное напряжение помех в цветоразностных сигналах вычисляется следующим образом:

На выходе аттенюатора получаем преобразованное напряжение помех в цветоразностных сигналов в виде:

где значения А, В смотрим в таблице 2.

На выходе матрицы декодера напряжение помех в сигналах R, G, В определяется:

где Ё'_у- взвешенное значение помех в сигнале У: Ё·_у = А(6) Е_у = 0,34*6,7= 2,28мВ.

Общая зашумленность выражается суммарным напряжением помех:

Введем в рассмотрении ФП в тракте передачи Е_тр, ограничившись случаем гладкой помехи и приняв на входе декодера 'Р= 30дБ (Е_тр =30мВ). Общая помеха в яркостном сигнале возрастает до уровня:

                                        Е_у TP=[(Eyi+ (Е_тр)2] 1/2 ,мВ,                             (6.22)

,где Еу-определяется по (2.2)

Взвешенные значение помех определяется теперь Фактический только шумами тракта:

                                 Е_у тр =0,34* Е_у тр, мВ,                             (6.23)

При наличие ФП в тракте передачи спектральная плотность шумов на входе канала определяется: о' у тр = Е_у тр/ --./6, мВ*МГц-1I2 Подставляя значение () у ТР В выражение (2.11) и (2.12) получаем значения взвешенные значения помех на выходе ЧМ демодулятора.

Далее, повторяем ход расчетов.

Пример расчета:

Таблица 1 - Исходные данные

Подав три сигнала основных цветов непосредственно на ВКУ, получим изображение зашумленностью:

Ё_I = 3,4(а 2+~2 +,82)1/2= 3,4* [(0,40i+ 1 + (0.35)2] 1/2 =3,84 мВ.

Теперь включим между камерой и ВКУ кодирующею и декодирующею матрицу, ФНЧ, Т.е. определим влияние перехода на сигналы У, R- У, D- У (Рис 1 )Показана функциональная схема преобразования сигналов и помех в системе СЕКАМ. В кодирующей матрице шумы суммируются по мощности:

Цветоразностные сигналы проходя через ФНЧ ограничиваются по полосе от 6 до 1,5 МГц, что уменьшает помехи в них в 2 раза.

При кодирование СЕКАМ формируются сигналы D_R, D_B помехи в которых равны:

Взвешенные значения помех для сигналов D_R, D_B:

Эти помехи проходят через канал цветности без изменений, но в декодере к ним добавляется шумы из сигнала У, преобразованные в ЧМ модуляторе:

Суммарное напряжение помех в цветоразностных сигналах вычисляется следующим образом:

На выходе аттенюатора получаем преобразованное напряжение помех в цветоразностных сигналов в виде:

На выходе матрицы декодера напряжение помех в сигналах R, G, В определяется

Общая зашумленность выражается суммарным напряжением помех:

B_I= [(аВ* R)2 + (~B*o)2 + (Ев*в)2] 1/2 = [0,402 * 5,з2 + 3,592 + 0,352 * 7,242] 1/2 =4,88 мВ.

Введем в рассмотрении ФП в тракте передачи Е_тр, ограничившись случаем гладкой помехи и приняв на входе декодера ЧJ= 30дБ (Е_тр=30мВ). Общая помеха в яркостном сигнале возрастает до уровня:

Е_утр=[(Е_у)2+ (Е_тр)2]1/2 = (6,72 + 302)1/2 = 30,7 мВ.

Взвешенные значение помех определяется теперь Фактический только шумами тракта:

Ву тр =0,34* Е_у тр = 0,34 * 30,7 = 10,4 мВ.

При наличие ФП в тракте передачи спектральная плотность шумов на входе канала определяется: ()утр = Е_утр/ ~6 =30,7 / ~6 = 12,5 мВ*МГц-1I2.

Подставляя значение ()утрВ выражение (2.11) и (2.12) получаем значения

взвешенные значения помех:

Суммарное напряжение помех в цветоразностных сигналах вычисляется следующим образом: