Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Чем развлечься в самоизоляции, или передаем данные с помощью звуковой карты / Хабр

Привет Хабр.

После недавней публикации про передачу OFDM, стало интересно проверить, каким способом эффективнее всего передавать данные по воздуху. Мы попробуем разные виды модуляции, и посмотрим какие из них лучше подойдут для передачи данных из одного конца квартиры или офиса в другой. Для тестов будет достаточно ноутбука, смартфона и программы MultiPSK.

Для тех кому интересно как это работает, продолжение под катом.

Для тестов мы воспользуемся программой MultiPSK, которая удобна тем, что поддерживает огромное количество разных стандартов связи, как любительских (они доступны как на прием, так и на передачу), так и профессиональных (доступен только прием). Разумеется, чтобы не делать статью гигантской, я выберу лишь наиболее популярные виды модуляции, и мы посмотрим что из этого получится. Изначально MultiPSK предназначена для радиосвязи, для чего звуковая карта должна подключаться к приемнику или передатчику, но ничего не запрещает воспроизводить сигнал прямо из колонок. Тест будет будет довольно простым — простой текст «1234567890» кодируется разными способами, сигнал проигрывается на ПК, и записывается смартфоном в другом конце квартиры. Разумеется, повторить нижеописанные опыты может любой желающий, никакого специального оборудования для этого не требуется.

Let's get started.

Частотная модуляция (FSK, Frequency Shift Keying)

Как нетрудно догадаться из названия, суть модуляции заключается в изменении частоты сигнала. Простейший способ, доступный в MultiPSK, это RTTY. В данном случае мы передаем данные с помощью переключения между двумя частотами с определенной скоростью. На спектре это видно весьма наглядно. Посмотрим, что происходит с сигналом при его передаче по воздуху. Сверху исходный сигнал, снизу принятый:

Помимо очевидного затухания, есть более неочевидное изменение амплитуды — сигнал стал «рваным», на выходе получилось что-то вроде биений. Интересно то, что проявляются они в моменты смены частоты, в моменты когда частота не меняется, изменения амплитуды минимальны. С чем это связано, сказать сложно.

Кстати о спектре, он исказился, хотя в принципе, форму сигнала угадать можно:

Посмотрим, сможет ли MultiPSK декодировать записанный звук. Увы, нет, на выходе лишь «мусор». Разные попытки нормализации и фильтрации к успеху также не привели:

Следующий сигнал, который интересно попробовать — MFSK, частотная модуляция, в которой количество частот больше 2х. Картинка «до» и «после» передачи примерно похожа на предыдущий результат.

Мы также видим биения амплитуды, возникающие вероятно, в процессе переотражения звука. Но есть заметный плюс — при большем количестве частот, декодирование сигнала происходит гораздо увереннее. За исключением «мусора» в паузе между сигналами, сами данные принимаются без ошибок.

Возможно, это также связано со скоростью передачи или другим алгоритмом декодирования, но результат довольно-таки интересен.

Фазовая модуляция (PSK, Phase Shift Keying)

Следующий вид модуляции — фазовая, при которой передается синусоидальный сигнал, а информация кодируется изменением фазы.

Сигнал BPSK «до» и «после» передачи:

Результат распознавания: определилось где-то 20-40% символов, из строки 1234567890, как можно видеть, можно различить 3, 4, 7 и 9.

Спектр не показан, т.к. для фазовой модуляции BPSK он представляет собой практически прямую линию.

Общая идея, я думаю, понятна, и более сложные виды сигналов рассматривать смысла нет — понятно что устойчивого декодирования не будет. Однако, чисто для «спортивного интереса», рассмотрим аналоговый сигнал.

SSTV (Slow Scan Television)

Этот режим по своей сути напоминает факс, и изменение частоты здесь кодирует яркость или цвет картинки во времени. Интересно посмотреть, насколько исказится изображение после передачи, и останется ли оно читабельным.

Сигнал «до» и «после»:

Картинка с котиком, и попытка её приема:

При должной фантазии, контур котика наверное можно угадать. Хотя если передавать что-нибудь попроще, типа «черного квадрата», наверное распознать изображение будет легче. Кстати, в этом один из плюсов аналоговой передачи данных перед цифровой — там где «цифра» уже перестанет работать, в аналоге, среди шумов, человеческий глаз или ухо вполне может уловить полезный сигнал.

Дополнение: частотная и временная характеристики

Кстати об аналоговом сигнале, как подсказали в комментариях, проверить амплитудно-частотную характеристику «канала передачи» можно, если воспроизвести белый шум и изменяющийся по высоте тон. Такой сигнал несложно сгенерировать в любом аудио-редакторе. Для теста файл был проигран в одном конце квартиры, а запись сделана в другом. Результат довольно интересен, как интересно и то, что высокие частоты не слышны вообще (в моем случае граница где-то 14КГц), а передача данных на них в принципе еще возможна:

И наконец, не менее интересный результат получается, если сгенерировать короткий звуковой импульс:

При подаче импульса длиной 0.01с, «эхо» длится практически в 10 раз дольше. Разумеется, это также должно учитываться при выборе скорости передачи данных.

Заключение

Как можно видеть, передача звука по воздуху (как наверное и через воду), это не так уж просто, из-за переотражений, затуханий и прочих эффектов. Несмотря на кажущуюся «несерьезность» задачи, надежно передать данные даже на 10 метров не так-то просто из-за искажений сигнала. Метод частотной модуляции MFSK оказался самым стабильным. И похоже, аналогичные опыты проводил не только я, статья о

протоколе активации Яндекс-станции

говорит о том, что в ней используется такой же способ передачи данных. Ну а в целом, чем проще модуляция и меньше скорость, тем больше шансов, что данные будут приняты без ошибок.

Желающие могут дальше поэскпериментировать самостоятельно, программу MultiPSK легко найти в интернете, количество поддерживаемых ею стандартов передачи довольно велико.

Всем удачных экспериментов.

R&S®SGS100A ВЧ-источник SGMA | Опции

Запрос*

Введите текст запроса.

Согласие на получение маркетинговых материалов

Я соглашаюсь с тем, что ROHDE & SCHWARZ GmbH & Co. KG и предприятие ROHDE & SCHWARZ или его дочерняя компания, указанная на данном Веб-сайте, может обращаться ко мне выбранным способом (по электронной или обычной почте) с целью маркетинга и рекламы (например, сообщения о специальных предложениях и скидках), относящейся в числе прочего к продуктам и решениям в области контрольно-измерительной техники, защищенной связи, мониторинга и тестирования сети, вещания и средств массовой информации, а также кибербезопасности.Настоящее заявление о согласии может быть в любое время отозвано путем отправки электронного письма с темой «Unsubscribe» (отказ от подписки на рассылку) по адресу: [email protected]Кроме этого, в каждом отправляемом вам письме имеется ссылка на отказ от подписки на рассылку будущих рекламных материалов.Дополнительная информация об использовании персональных данных и процедуре отказа от их использования содержится в Положении о конфиденциальности.

Обязательное поле Предоставляя свои персональные данные, я подтверждаю их достоверность и свое согласие на их обработку Обществом с ограниченной ответственностью «РОДЕ и ШВАРЦ РУС» (ОГРН 1047796710389, ИНН 7710557825, находящемуся по адресу: Москва, Нахимовский проспект, 58) в следующем объеме и следующими способами: обработку с использованием средств автоматизации и без таковых, сбор, систематизацию, классификацию, накопление, хранение, уточнение, обновление, изменение, шифрование с помощью любых средств защиты, включая криптографическую, запись на электронные носители, составление и переработку перечней и информационных систем, включающих мои персональные данные, маркировку, раскрытие, трансграничную передачу моих персональных данных, том числе, на территории стран всего мира, передачу с использованием средств электронной почты и/или эцп, в том числе, передачу с использованием интернет-ресурсов, а также обезличивание, блокирование, уничтожение, передачу в государственные органы в случаях, предусмотренных законодательством, использование иными способами, необходимыми для обработки, но не поименованными выше до момента ликвидации / реорганизации Компании либо до моего отзыва настоящего согласия.

R&S®SMBV100A Векторный генератор сигналов | Обзор

Запрос*

Введите текст запроса.

Согласие на получение маркетинговых материалов

Я соглашаюсь с тем, что ROHDE & SCHWARZ GmbH & Co. KG и предприятие ROHDE & SCHWARZ или его дочерняя компания, указанная на данном Веб-сайте, может обращаться ко мне выбранным способом (по электронной или обычной почте) с целью маркетинга и рекламы (например, сообщения о специальных предложениях и скидках), относящейся в числе прочего к продуктам и решениям в области контрольно-измерительной техники, защищенной связи, мониторинга и тестирования сети, вещания и средств массовой информации, а также кибербезопасности.Настоящее заявление о согласии может быть в любое время отозвано путем отправки электронного письма с темой «Unsubscribe» (отказ от подписки на рассылку) по адресу: [email protected] com.Кроме этого, в каждом отправляемом вам письме имеется ссылка на отказ от подписки на рассылку будущих рекламных материалов.Дополнительная информация об использовании персональных данных и процедуре отказа от их использования содержится в Положении о конфиденциальности.

Обязательное поле Предоставляя свои персональные данные, я подтверждаю их достоверность и свое согласие на их обработку Обществом с ограниченной ответственностью «РОДЕ и ШВАРЦ РУС» (ОГРН 1047796710389, ИНН 7710557825, находящемуся по адресу: Москва, Нахимовский проспект, 58) в следующем объеме и следующими способами: обработку с использованием средств автоматизации и без таковых, сбор, систематизацию, классификацию, накопление, хранение, уточнение, обновление, изменение, шифрование с помощью любых средств защиты, включая криптографическую, запись на электронные носители, составление и переработку перечней и информационных систем, включающих мои персональные данные, маркировку, раскрытие, трансграничную передачу моих персональных данных, том числе, на территории стран всего мира, передачу с использованием средств электронной почты и/или эцп, в том числе, передачу с использованием интернет-ресурсов, а также обезличивание, блокирование, уничтожение, передачу в государственные органы в случаях, предусмотренных законодательством, использование иными способами, необходимыми для обработки, но не поименованными выше до момента ликвидации / реорганизации Компании либо до моего отзыва настоящего согласия.

Rohde&Schwarz SMW200A - ВЧ генераторы

Частота
Диапазон частот ВЧ-тракта AR&S®SMW-B103от 100 кГц до 3 ГГц
R&S®SMW-B106от 100 кГц до 6 ГГц
R&S®SMW-B112от 100 кГц до 12,75 ГГц
R&S®SMW-B120от 100 кГц до 20 ГГц
Диапазон частот ВЧ-тракта B (опционально)R&S®SMW-B203от 100 кГц до 3 ГГц
R&S®SMW-B206от 100 кГц до 6 ГГц
R&S®SMW-B212от 100 кГц до 12,75 ГГц
R&S®SMW-B220от 100 кГц до 20 ГГц
Время установлениярежим SCPI
< 1.2 мс, 600 мкс (тип.)
Уровень
Номинальный диапазон3 МГц ≤ f < 6 ГГцот –120 до +18 дБмВт (PEP)
Время установлениярежим SCPI< 1 мс, 600 мкс (тип. )
Спектральная чистота
Гармонические составляющиеуровень < 10 дБмВт, CW< –30 дБн
Негармонические составляющиеCW или векторная модуляция с полномасштабным входом по постоянному току, уровень > –10 дБмВт,
отстройка от несущей > 10 кГц, 200 МГц < f ≤ 1500 МГц
стандартное значение< –80 дБн
с опцией R&S®SMW-B22< –90 дБн
Фазовый шум SSBCW, отстройка от несущей 20 кГц, частота 1 ГГц
стандартное значение< –131 дБн, –135 дБн (тип.)
с опцией R&S®SMW-B22< –136 дБн, –139 дБн (тип.)
Аналоговая модуляция
Поддерживаемые режимы аналоговой модуляцииАМ, ЧМ (опционально), ФМ (опционально), импульсная (опционально)
I/Q-модуляция
Полоса частот ВЧ-модуляциис использованием внешнего I/Q-сигнала, с включенной функцией “I/Q wideband”
1 МГц ≤ f ≤ 4 ГГц±25 % от частоты несущей
f > 4 ГГц±1 ГГц
с использованием внутреннего генератора модулирующего сигнала, с включенной функцией “I/Q wideband”, f ≥ 320 МГц±80 МГц
Неравномерность АЧХ модулятора в заданной полосе частот ВЧ-модуляциис использованием внутреннего генератора модулирующего сигнала, с включенной функцией “I/Q wideband”< 1,0 дБ, < 0,3 дБ (изм. )
Генератор модулирующего сигналаОпция R&S®SMW-B10, может быть установлено до двух генераторов модулирующего сигнала
Полоса частот сигналастандартное значение120 МГц
с опцией R&S®SMW-K522160 МГц
Объем памяти генератора сигналов произвольной формыстандартное значение64 млн. отсчетов
с опцией R&S®SMW-K511512 млн. отсчетов
с опциями R&S®SMW-K511 и R&S®SMW-K5121 млрд. отсчетов
Разрешение выборкиэквивалент ЦАП16 бит
Смещение частотыстандартное значениеот –60 до +60 МГц
с опцией R&S®SMW-K522от –80 до +80 МГц
Цифровые стандарты
Поддерживаемые стандарты и системы модуляцииLTE/LTE-Advanced, 3GPP FDD/HSPA/HSPA+, GSM/EDGE/EDGE Evolution, CDMA2000®, 1xEV-DO Rev. A/B, TD-SCDMA, WLAN IEEE 802.11a/b/g/n/ac, AWGN и др.
Замирание и MIMO
Имитатор замиранияОпция R&S®SMW-B14, можно установить до четырех модулей замираний
Полоса частот замираниямакс. 160 МГц
Число каналов с замираниемВ зависимости от установленных опциймакс. 16
Сценарии замирания MIMOВ зависимости от установленных опций2×2, 4×2, 2×4, 3×3, 4×4, 8×2 и др.
Режимы замиранияВ зависимости от установленных опциймноголучевость, скользящая задержка, рождение-смерть, быстрая последовательность, двухканальная помеха
Профили замиранияВ зависимости от установленных опцийРэлей, Райс, чистый Доплер, статический, гауссовский и др.

Прием немодулированных сигналов на приемник AM | hardware

Обычно CW-радиостанция передает немодулированную несущую. Чтобы можно было её услышать на приеме, применяют генератор BFO. Частота BFO на несколько сотен герц ниже или выше частоты сигнала CW. В амплитудном детекторе, генерируется тон биения, частота которого равна разности частоты CW и BFO. Чувствительность получается очень хорошей, и частоты CW можно хорошо разделять по высоте тона биений (перевод статьи [1]).

Недостаток такого способа приема в том, что Вы можете осуществлять прием в ограниченном диапазоне частот, пока частота биений попадает в диапазон слышимости, или фильтра низких частот, который стоит на выходе детектора. И если частота настройки Вашего приемника немного уходит, то частота слышимого тона биений также меняется.

Когда мы хотим принимать CW на приемник AM, то RF-сигнал должен быть промодулирован низкой частотой. Такой амплитудно-модулированный сигнал можно принять с помощью AM-детектора (обычно в качестве детектора используют германиевый диод).

Можно реализовать амплитудную модуляцию в приемнике вместо передатчика! У автора [1] был очень хороший AM-приемник с рамочной антенной на 500 кГц. На этот приемник нужно было принимать прибрежные радиостанции, которые передавали морзянку не модулированной несущей. Но для этого CW нужно было промодулировать каким-то тоном. И появилась идея реализовать амплитудную модуляцию в приемнике. Схема простой амплитудной модуляции была размещена между петлевой антенной и AM-приемником и... это сработало! Не модулированные CW-частоты получили модуляцию тоном перед тем как попасть на антенный вход приемника, и сигнал модулирующей частоты был отлично слышен на выходе приемника! Теперь проблема нестабильности частоты настройки AM-приемника не создавала проблему, и тон звука модуляции оставался тем же самым, потому что не использовался тон биений из разности частот. Не только один принимаемый сигнал модулировался тоном, модулировались все сигналы.

Эта идея оказалась далеко не новой. Реализацию на том же принципе автор нашел в PDF-версии ARRL Handbook 1936 года. Немодулированные CW-сигналы модулировались по амплитуде тоном на первой лампе усилителя промежуточной частоты. Сетка лампы была подключена к генератору низкой частоты. Путем изменения усиления лампы в такт сигнала низкой частоты, CW-сигнал становился модулированным по амплитуде.

Недостаток такого способа приема: нет частотной селективности принимаемого сигнала по частоте тона, все CW сигналы имеют одинаковую высоту тон. Чувствительность такого приемника не очень хорошая. Но есть и другие приложения для такого декодирования не модулированных сигналов, чтобы сделать их слышимыми в приемнике AM.

Вы можете использовать этот принцип для широкополосного приемника AM. Например, можно сделать приемник-монитор, принимающий сразу несколько CW частот в определенном радиолюбительском диапазоне, и слышать сразу все сигналы CW этого диапазона (на одном и том же тоне...).

Или можно сделать контролирующий приемник CW-сигналов локального передатчика: whip-антенна, амплитудный модулятор, широкополосный детектор (1 .. 30 МГц) и УНЧ. Вы сможете использовать такой приемник как индикатор уровня сигнала со звуковым тоном. Чем громче звук, тем сильнее сигнал. В качестве усилителя можно использовать звуковую карту компьютера, получится очень чувствительный детектор RF.

Очень важно, чтобы НЧ-генератор не влиял на другие схемы после детектора, чтобы сигнал от него не проходил в звуковой тракт приемника. В ARRL Handbook 1936 года советуется применить такую амплитудную модуляцию в приемнике CW на основе BFO. С дополнительной амплитудной модуляцией сигналы CW звучат намного лучше, и прослушивание CW становится менее утомительным.

[Словарик]

AM Amplitude Modulation, передача сигналов с модуляцией несущей частоты по амплитуде.

BFO Beat Frequency Oscillator, генератор для созданий биений, т. е. генератор высокой частоты, отличающейся от другой частоты на частоту низкочастотных колебаний (биений).

CW Continuous Wave, радиосигнал с непрерывной не модулированной несущей частотой.

LF Low Frequency, низкая частота. Обычно в контексте радиоприема под LF понимают диапазон слышимых звуковых частот.

RF Radio Frequency, радиочастота.

whip-антенна штыревая вынесенная антенна со встроенным каскадом усиления на высокой частоте.

[Ссылки]

1. CW RECEPTION WITH AN AM RECEIVER site:qsl.net.

Определители дефектов волокна


FOD-111CW

Миниатюрный источник видимого излучения FOD-111CW представляет собой прибор, который, благодаря своим массо-габаритным характеристикам, может стать Вашим верным спутником, как мобильный телефон или пейджер.
В источниках применены универсальные оптические разъемы, позволяющие экономить время подключения оптического кабеля.

Определитель обрывов FOD 111 (“брелок”):
• Самый маленький в мире
• Локализация местных дефектов волокна и одножильных кабелей
• Обнаружение обрывов в мертвой зоне рефлектометров
• Оптимизация стыков при механической сварке
• Контроль полировки торца волокна
• Возможность полировки оптической поверхности соединителя без разборки прибора
• Защита от случайного включения прибора.

*Адаптеры, применяемые с прибором:
VFL: FOD-5058, FOD-5068.

Основные технические характеристики


Характеристики FOD 111CW
Длина волны, нм 635
Выходная мощность, дБм 0
Внутренняя модуляция CW
Время непрерывной работы, ч 8
Размеры, мм 60х35х15
Вес, г 40
Питание 1 батарея типоразмера ААА
Условия эксплуатации, °C от -10° до +40° , 75% влажности без конденсации

Спецификация
Цена

FOD-111 (2Гц)

Миниатюрный источник видимого излучения FOD-111 (2Гц) представляет собой прибор, который, благодаря своим массо-габаритным характеристикам, может стать Вашим верным спутником, как мобильный телефон или пейджер.
В источниках применены универсальные оптические разъемы, позволяющие экономить время подключения оптического кабеля.

Определитель обрывов FOD 111 (“брелок”):
• Самый маленький в мире
• Локализация местных дефектов волокна и одножильных кабелей
• Обнаружение обрывов в мертвой зоне рефлектометров
• Оптимизация стыков при механической сварке
• Контроль полировки торца волокна
• Возможность полировки оптической поверхности соединителя без разборки прибора
• Защита от случайного включения прибора.

*Адаптеры, применяемые с прибором:
VFL: FOD-5058, FOD-5068.

Основные технические характеристики


Характеристики FOD 111 (2Гц)
Длина волны, нм 635
Выходная мощность, дБм 0
Внутренняя модуляция 2 Гц
Время непрерывной работы, ч 8
Размеры, мм 60х35х15
Вес, г 40
Питание 1 батарея типоразмера ААА
Условия эксплуатации, °C от -10° до +40° , 75% влажности без конденсации

Спецификация
Цена

FOD-115

Миниатюрный источник видимого излучения FOD-115 представляет собой прибор, который, благодаря своим массо-габаритным характеристикам, может стать Вашим верным спутником, как мобильный телефон или пейджер.
В источниках применены универсальные оптические разъемы, позволяющие экономить время подключения оптического кабеля.

• Локализация местных дефектов волокна и одножильных кабелей
• Обнаружение обрывов в мертвой зоне рефлектометров
• Оптимизация стыков при механической сварке
• Контроль полировки торца волокна
• Возможность полировки оптической поверхности соединителя без разборки прибора
• Защита от случайного включения прибора.

*Адаптеры, применяемые с прибором:
VFL: FOD-5058, FOD-5068.

Основные технические характеристики


Характеристики FOD 115
Длина волны, нм 635
Выходная мощность, дБм 0
Внутренняя модуляция CW и 2Гц
Время непрерывной работы, ч 60
Размеры, мм 157х62,7х30,5
Вес, г 75
Питание 2хАА
Условия эксплуатации, °C от -10° до +40° , 75% влажности без конденсации

Спецификация
Цена

Каков Тип Модуляции В Lw, Cw, Sw И Mw? Это Частотная Или Амплитудная Модуляция?

Ну, это путаница аббревиатур!

LW - Длинная волна - обычно ниже 300 кГц

МВт - Средняя волна - от 300 кГц до 3 МГц

SW - Короткая волна - от 3 МГц до 30 МГц, официально называемая «HF» для высоких частот

CW - Непрерывная волна. Форма передачи кода Морзе, характеризующаяся непрерывной несущей в течение периодов нажатия клавиш. В отличие от «Искры», которая имеет хриплый прерывистый носитель.

Одна из этих вещей не похожа на другие. CW является формой модуляции. LW, MW и SW - частотные диапазоны.

CW, так как модуляция - это азбука Морзе - это форма амплитудной модуляции (несущая включена или выключена) в сочетании с широтно-импульсной модуляцией (точки и тире)

LW как полоса используется такими вещами, как LORAN-C, которая, я думаю, использует своего рода фазовую модуляцию. Стандартные сигналы времени (WWVB), то есть AM, возможно какой-то радиотелептик (RTTY) с частотным переключением и подводная связь, и я понятия не имею, как это работает.

MW используется в диапазоне AM радиовещания, который модулируется по амплитуде (хотя есть новый цифровой AM, который я не знаю, как он работает), Hams обычно используют MW с RTTY (частотная манипуляция), с одной боковой полосой (SSB), или CW. SSB - это форма AM «амплитудная модуляция с подавленной несущей в одной боковой полосе».

SW или HF обычно являются формами AM для иностранных вещательных станций, SSB и CW для радиолюбителей, RTTY для радиолюбителей и других. Хамс также имеет миллионы «цифровых режимов», которые используют довольно дурацкие формы сигналов и схемы модуляции для обеспечения надежной передачи данных в коротковолновых полосах, которые, как известно, шумные и подвержены колебаниям день-ночь, солнечным пятнам, помехам и другим формам радиопомех.

Я не знаю об использовании FM для голосовой связи ниже частот УКВ, но они могут быть. Есть также военные радиостанции, работающие на ВЧ, без сомнения, с использованием высокотехнологичной модуляции того или иного рода.

CW модуляция

Во-первых, с чем поиграться: симулятор приемника Морзе с циферблатом BFO. Начинать CW и возитесь с циферблатом, чтобы настроить тон приема с помощью точечного тона:

Частота передачи
Старт CW Точечный тон

Впервые я услышал, что радиостанция CW мощностью 5 Вт (непрерывная волна или "азбука Морзе") может достигать в любой части света, я думал, что это просто бред стареющего радиолюбителя. Мой бывший босс был, мягко говоря, ярким человеком.

Но на самом деле очень легко доказать, что это возможно, а большие расстояния могут может быть достигнуто даже при 2 Вт или 1 Вт.Некоторые люди используют QRP (связь с низким энергопотреблением) с еще меньшим. Секрет в узкой полосе пропускания.

Радиовещание AM требует 20 кГц на станцию. SSB-радио требует 5 кГц. В общем, CW нужен ноль. CW-передача похожа на лазер: вся мощность сконцентрирована на одноцветном оттенке, в то время как белый свет SSB рассеивается тонким слоем по всем цветам.

На практике полоса CW составляет (максимум) 100 Гц для кода Морзе, потому что CW не действительно CW; он включается и выключается. Это эквивалентно модуляции AM-SC. сигнала очень низкой частоты.

При той же мощности передачи CW имеет усиление не менее 20 раз или 13 дБ. по SSB (5000 делить на 100). В просторечии люди говорят, что 5 Вт CW эквивалентны до 100 Вт SSB. Но Морс может пропускать полосы пропускания даже более 100 Гц, в частности, когда операторы используют "медленный код", и усиление CW может быть значительно выше 13 дБ.

Цифровые режимы также очень эффективно используют полосу пропускания: PSK31 использует всего 31 Гц! В других режимах требуется большая пропускная способность в обмен на более высокую скорость передачи данных. Узкий пропускная способность и автоматический прием (нет необходимости в человеке, обученном азбуке Морзе) создать еще больше возможностей для QRP.Маломощные передатчики также означают более дешевое оборудование и возможность использования возобновляемых источников энергии.

Звук нажатия одной рукой

В дзэн-коане (примерно аналог христианской притчи) мастер просит ученика какой звук хлопает в ладоши. Точно так же сигнал CW не имеет звука на своем собственный. Это чистый носитель.

Чтобы слышать азбуку Морзе, приемник должен быть немного расстроен. Например, если передача осуществляется на частоте 9998,0 кГц, приемник может быть эл.г. при 9998,8 кГц. В продукт местной несущей (известной как BFO) и удаленный сигнал генерирует 800 Гц тонов (9998800 минус 9998000). Также подойдет прием на частоте 9997,2 кГц.

Математика точно так же, как если бы радиостанция принимала чистый тон 800 Гц по SSB. В CW, по стандарту входящий сигнал воспринимается как верхняя боковая полоса (USB). Сигнал CW поступает с частотой 9998,0 кГц, поэтому гипотетическая несущая, которую мы должны установить BFO на, составляет 9997,2 кГц. В этикете CW также указывается первый передатчик (парень который вызывает «CQ CQ CQ... ") владеет частотой. Тот, кто отвечает на CQ, несет ответственность тюнинга их BFO.

Сотрудник CQ передает на частоте 9998,0 кГц, но он также должен принимать со смещением. частота, чтобы слышать звук. Допустим, он предпочитает тоны с частотой 1000 Гц, поэтому он настраивает его радио до 9997 кГц. Но он будет слышать только тоны 1000 Гц, если отвечающий передает на 9998.0 кГц. Если респондент неправильно вычисляет и передает с частотой 9998,8 кГц, парень CQ услышит неприятные гудки 1800 Гц.

Современные радиостанции CW можно настроить на «точечный сигнал», то есть на желаемую высоту звукового сигнала.На дисплее отображается центральная частота CW, и автоматически устанавливается смещение приемника. задавать. Единственное, что должен сделать оператор, - это точно настроить частоту, пока нажатие кнопки SPOT до тех пор, пока звуковой сигнал кнопки не станет таким же, как и получил гудки Морзе.

Оператор также должен быть уверен, что высота звука * уменьшается *, когда частота немного увеличен - это означает, что соблюдается соглашение USB и частота BFO ниже частоты CW.

Это означает, что у вас "нулевой удар" с передатчиком, что То есть ваша частота передачи точно такая же, как на другой стороне - как мы сказали, что это хорошо, потому что позволяет удаленному оператору слышать Морзе по-своему. любимая подача.

И да, вы можете слышать другие разговоры Морзе с другой тональностью, в то время как вы ведете свой собственный разговор, особенно когда ваше радио не имеет резкого фильтра около частоты BFO (случай простых комплектных радиостанций). Но нефильтрованный звук полезен при поиске контрагентов, поэтому фильтр, как правило, настраивается.

Апплет в начале страницы генерирует звуковой сигнал CW со случайной частотой около 10 кГц. Точечный тон установлен на 800 Гц. Ползунок позволяет настроить передачу частота, а кнопка Spot Tone воспроизводит (что неудивительно) точечный тон.

Радар непрерывного действия

Радар непрерывного действия Введение в Военно-морская инженерная техника

РЛС непрерывного действия

Принцип работы

В отличие от импульсного радиолокационные системы, радиолокационные системы непрерывного действия (CW) излучают электромагнитные радиация в любое время. Обычный CW радар не может измерять диапазона, потому что нет основы для измерения временная задержка. Напомним, что базовая радиолокационная система создавала импульсы и использовал временной интервал между передачей и приемом для определения дальности цели.Если энергия передается постоянно, тогда это будет невозможно.

CW радар может измерять мгновенная скорость изменения дальности цели. Это достигается прямым измерением Доплера сдвиг возвращенного сигнала. Доплеровский сдвиг - это изменение частоты электромагнитной волны, вызванное движение передатчика, цели или того и другого. Например, если передатчик движется, длина волны уменьшается на долю пропорционально скорости, которую он движется в направлении распространения. Поскольку скорость распространения постоянна, частота должна увеличиваются с уменьшением длины волны. Чистый результат - сдвиг передаваемой частоты вверх, называемый доплеровским сдвиг.

Рисунок 1. Доплеровский сдвиг от движущегося передатчика.

Аналогичным образом, если приемник движется в направлении, противоположном направлению распространения, будет увеличение принимаемой частоты. Кроме того, движущаяся радиолокационная цель будет действовать как приемник и передатчик, с результирующим доплеровским сдвигом для каждого.Два эффекта, вызванные движением передатчика / приемника и цель может быть объединена в чистый сдвиг частоты. В величина сдвига будет зависеть от комбинированной скорости передатчика / приемника. и цель на линии между ними, называемой линией видимости (LOS).

Рис. 2. Расчет относительной скорости в зоне прямой видимости.

Доплеровский сдвиг можно рассчитать, зная передатчик / приемник. и скорости цели, обозначенные здесь как s 1 и s 2 соответственно, а углы между их направлением движения и визирного прицела, обозначенного q 1 и q 2 .Комбинированная скорость в прямой видимости

s = s 1 cosq 1 + s 2 cosq 2 .

Эту скорость также можно интерпретировать как мгновенную скорость изменение диапазона, или коэффициент диапазона . Пока проблема ограничен двухмерным, углы также имеют простую интерпретацию: q 1 = относительный пеленг к цели. Разница между курс передатчика / приемника и истинный пеленг на цель.Это следует старому морскому правилу:

Относительный пеленг = истинный пеленг - товарная позиция

Из-за характеристик функции косинуса она не делает разница, положительный или отрицательный угол (строго говоря, относительные подшипники всегда положительны и находятся в диапазоне от 0 до 359 0 ). q 2 = целевой угол (относительный пеленг передатчика / приемника от цели). Вычислено в идентичной как относительный пеленг, за исключением того, что курс цели заменяется заголовок и используется ответный подшипник вместо истинного пеленга на цель.Ответный подшипник найдено:

Подшипник качения = истинный подшипник 180 0

Опять же, не имеет значения, положительный это результат, отрицательный. или даже за пределы 360 0 , хотя правильный результат будет быть в диапазоне 0-359 0 . Предполагая, что диапазон скорость известна, сдвиг возвращаемой частоты равен

Df = 2s / l

где l - длина волны исходный сигнал. Например, доплеровский сдвиг в Х-диапазоне (10 ГГц) РЛС CW будет около 30 Гц на каждые 1 миль / ч комбинированная скорость в зоне прямой видимости.

Пример: скоростная пушка.

Полиция часто использует CW радар для измерения скорости автомобилей. Что на самом деле измеряется - часть общей скорости по направлению к радару. Если есть разница между направлением движения и прямой видимости, будет ошибка. К счастью для спидеры, измеренная скорость всегда ниже фактической.

РЛС непрерывного действия используется в военных приложениях, где измерение дальности скорость желательна.Конечно, дальность действия может быть определена от базовой импульсной радиолокационной системы путем измерения изменения обнаруженный диапазон от импульса до импульса. CW системы измерить мгновенную скорость диапазона и поддерживать непрерывный контакт с целью.

Радиолокатор непрерывного действия с частотной модуляцией (FMCW)


Также возможно использовать радиолокационную систему CW для измерения дальности вместо дальности за счет частотной модуляции систематическое изменение передаваемых частота. По сути, это дает уникальное "время" штамп »на передаваемой волне в каждый момент времени.По измерение частоты обратного сигнала, временная задержка между

передачу и прием можно измерить, и, следовательно, диапазон определяется как и раньше. Конечно, количество частотности модуляция должна быть значительно больше ожидаемой доплеровской сдвиг, иначе это повлияет на результаты.

Самый простой способ Модулировать волну - это линейно увеличивать частоту. Другими словами, передаваемая частота будет изменяться с постоянной показатель.

Рисунок 3.Теория работы FMCW.

Система FMCW измеряет мгновенную разницу между передаваемые и принимаемые частоты, Df. Эта разница прямо пропорциональна времени задержки Dt, который принимает сигнал радара, чтобы достичь цели и вернуться. Отсюда диапазон может быть найден по обычной формуле: R = cDt / 2. Время задержки можно найти следующее:

Dt = T Df / (f 2 -f 1 ) куда:

f 2 = максимальная частота
f 1 = минимальная частота
T = период развертки от f 1 до f 2 ,
и Df = разница между переданными и получил.

Есть небольшая проблема, которая возникает, когда развертка сбрасывает частота, и разница частот становится отрицательной (как показано на графике зависимости Df от времени). Система использует дискриминатор для отсечения отрицательного сигнала, оставляя только положительная часть, которая прямо пропорциональна диапазон. Вот схема системы: Рисунок 4. Блок-схема FMCW.

Объединение этих уравнений в единую форму для диапазона

R = 2cTDf / (f 2 - f 1 )

где Df - разница между переданная и полученная частота (когда оба из такая же развертка, т.е. когда положительный).

Другой способ построить систему FMCW, заключается в сравнении разности фаз между переданным и принятым сигналами после того, как они были демодулируется для приема информации развертки. Эта система не должен различать отрицательные значения Df. Однако в любом случае максимальный однозначный диапазон все равно будет определяться периодом, а именно

R юнамб = cT / 2

Системы FMCW часто используются для радарных высотомеров или в радарах. бесконтактные взрыватели для боеголовок.В этих системах нет минимального диапазон как импульсная система. Однако они не подходят для обнаружение на большом расстоянии, потому что постоянный уровень мощности они мощность передачи должна быть значительно ниже, чем пиковая мощность импульсная система. Как вы помните, пиковая и средняя мощность в импульсной системе были связаны рабочим циклом,

P средн. = DC * P пик

Для системы с непрерывной волной рабочий цикл равен единице или, альтернативно, пиковая мощность такая же, как и средняя мощность.В импульсных системах пиковая мощность во много раз больше средней.

Импульсные и непрерывные сигналы: оба ткацких станка на радаре разработчика

Импульсные и непрерывные (CW) сигналы служат множеству целей в радиочастотных / микроволновых системах, в том числе для передачи голоса, видео и данных, радиоэлектронной борьбы (EW), наблюдение и радар. Импульсные сигналы остаются под напряжением в течение коротких периодов времени, работая с какой-либо формой модуляции, такой как амплитудная, частотная или фазовая модуляция, или без нее.Сигналы CW остаются включенными постоянно и могут модулироваться для работы в качестве радаров или в системах связи.

Оба типа систем полагаются на многие типы активных и пассивных компонентов для обработки сигналов, которые характеризуются по-разному. Однако каждый из них может эффективно выполнять функции системного уровня в различных формах, размерах и уровнях мощности, что дает разработчикам систем большую гибкость при установке целей производительности.

Передатчик CW работает без перебоев, как и его приемник.Напротив, импульсный передатчик отправляет очень короткие сигналы, которые могут даже содержать закодированную информацию в пределах времени нарастания импульсных сигналов. Крайняя версия импульсной системы - это одноимпульсная система, в которой все важные данные передаются одним импульсом. Операционные компромиссы между непрерывными и импульсными системами начинаются с потребления энергии, поскольку сравнение проводится между усилением непрерывных сигналов и повышением амплитуд сигналов, которые необходимо обрабатывать только часть времени.

Приложения для радаров

Импульсные сигналы часто связаны с радиолокационными системами, но конструкции радаров используют как непрерывные, так и импульсные сигналы, особенно коммерческие радары, которые являются частью оборудования адаптивной системы помощи водителю (ADAS) в новых автомобильных электронных системах безопасности. Импульсные радиолокационные системы передают короткие импульсы и вычисляют расстояние до освещенной цели, измеряя временную задержку между переданным импульсом и возвращаемым отраженным сигналом.Радар, использующий CW-сигналы, например, частотно-модулированный CW-радар (FMCW), передает устойчивый поток линейно-модулированных CW-сигналов и вычисляет расстояние от передатчика до освещенной цели, определяя разницу между частотами переданного и принятого сигналов.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df277a1f6d5f267ee2b9232" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Mwrf Com Сайты Mwrf com Файлы 0618 32 H Рис "data-embed-src =" https: // img.mwrf.com/files/base/ebm/mwrf/image/2018/06/www_mwrf_com_sites_mwrf.com_files_0618_32H_Fig.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}%

Как непрерывные (CW), так и импульсные (справа) сигналы используются во всех радиочастотных / микроволновых системах, таких как оборудование связи и радар, с разными характеристиками и поведением.

Радиолокационная система FMCW с ее непрерывными измерительными сигналами способна обеспечивать хорошее разрешение по дальности, часто вплоть до 0.5 мес. С другой стороны, импульсная радиолокационная система не так хороша по разрешающей способности по дальности. Как правило, перед радаром возникает большое «слепое пятно» размером 50 м или более, что приводит к плохому разрешению по дальности. Но для измерения дальнего расстояния до цели импульсная радиолокационная система может производить сигнал высокой мощности, необходимый для высокого отношения сигнал / шум (SNR) и отличного разрешения по дальности.

Дальность и обнаруживаемость

Импульсная радиолокационная система обычно обеспечивает больший диапазон измерений по сравнению с радиолокационной станцией непрерывного действия, такой как радиолокационная система FMCW, с меньшим энергопотреблением.Радиолокационная система CW обеспечивает непрерывное обновление информации о цели с более высоким разрешением измерения, чем импульсная радиолокационная система, и отсутствием минимального расстояния до цели. Но из-за этих непрерывных сигналов радиолокационные системы непрерывного действия легче обнаруживаются, чем импульсные радиолокационные системы, особенно с более короткими рабочими циклами. Радиолокационные системы непрерывного действия также легче заглушить, чем импульсные радиолокационные системы, потому что сигнал легче обнаруживается и характеризуетс, чтобы знать тип сигнала заглушки, который необходим, чтобы нарушить работу системы.

Системы, работающие с очень короткими импульсами, такие как сверхширокополосные (СШП) радиолокационные системы, очень трудно обнаружить, особенно при очень низких уровнях сигнала. СШП импульсная радиолокационная система с частотой 24 ГГц, работающая с импульсами длительностью всего наносекунды, может иметь полосу пропускания примерно 8 ГГц, но мощность сигнала, необходимая для работы радара, составляет всего около 4 мВт. В результате, когда работает радиолокационная система СШП диапазона 24 ГГц, импульсная мощность на самом деле не сильно отличается от окружающего шума окружающей среды, и ее чрезвычайно трудно обнаружить по сравнению с непрерывным сигналом, например, используемым в радиолокационных системах FMCW.

СШП импульсная радиолокационная система работает, генерируя последовательность импульсов конечной длительности; в промежутках между импульсами передатчик находится в выключенном состоянии или в состоянии отсутствия питания. Хотя на передатчик в это время не подается питание, приемник включен и активен, так что он может обнаруживать любые сигналы, отраженные радиолокационными целями или возвращаемые соответствующими радиопередатчиками.

В радиолокационной системе непрерывного действия передатчик и приемник работают всегда. Следовательно, между приемником и передатчиком должна быть обеспечена адекватная изоляция, чтобы они не заглушали друг друга.Обычно это достигается за счет использования низких уровней мощности передачи в радиолокационной системе непрерывного действия, хотя это также ограничивает расстояние, на котором радиолокационная система непрерывного действия может обнаруживать цель.

Когда цель радара движется, это движение приводит к доплеровскому сдвигу частоты отраженных импульсных сигналов. В результате импульсный доплеровский радар может измерять относительную скорость освещенной цели. Но в радиолокационной системе FMCW, которая использует частоту отраженных сигналов, движение цели вызывает дополнительный сдвиг частоты в этих отраженных радиолокационных сигналах FMCW, что может затруднить измерение расстояния до освещенной цели.Используя различные шаблоны изменения частоты, такие как уменьшение или увеличение частоты со временем, радарная система с сигналами FMCW может точно измерить расстояние до цели.

Для усиления используются как твердотельные, так и электронно-ламповые усилители для импульсных и непрерывных радиолокационных систем и систем связи. Обычно импульсный усилитель имеет большую мощность, чем устройство того же размера, работающее на той же частоте и использующее непрерывные сигналы. Например, при сравнении спиральных ламп бегущей волны (ЛБВ) от L-3 Electron Devices, которые предназначены для усиления высокой мощности на микроволновых частотах, но также могут выделять много избыточного тепла из-за природы своих активных устройств, разница по выходной мощности довольно драматичен.Такие спиральные ЛБВ используются в системах электронного противодействия (ECM), радарах средней дальности и ракетных системах наведения, часто в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА).

Например, модель L2086 представляет собой надежную ЛБВ весом 14 фунтов. и производят выходную мощность 0,5 кВт в диапазоне от 2 до 4 ГГц. Он способен обеспечивать усиление 30 дБ при работе с сигналами CW. Модель L5714, более чем вдвое превышающая размер, представляет собой спиральную ЛБВ, которая весит 30 фунтов. но обеспечивает в 40 раз большую выходную мощность в немного более низком частотном диапазоне при работе с короткими импульсами и коротким рабочим циклом.Он способен обеспечивать выходную мощность 20 кВт с усилением 45 дБ в диапазоне от 2,0 до 2,6 ГГц при рабочем цикле 0,4%.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df2779ff6d5f267ee2b84e4" data-embed-element = "aside" data-embed-alt = "Www Mwrf Com Sites Mwrf com Files Source Esb Looking For Parts Ред. Заглавные буквы "data-embed-src =" https://img.mwrf.com/files/base/ebm/mwrf/image/2017/05/www_mwrf_com_sites_mwrf.com_files_SourceESB_Looking_for_partsREV_caps.png&fit=40mat == data embed-caption = ""]}%

Оптоэлектронная частотно-модулированная непрерывная терагерцовая спектроскопия с полосой пропускания 4 ТГц

В этом исследовании мы применяем систему S-DSH с разверткой к когерентной ТГц спектроскопии в частотной области на основе фотомикширования.Техника S-DSH уже давно используется для анализа временных флуктуаций лазерного источника 29,30 . Мы показываем, что тот же метод применим для широкополосных измерений в ТГц диапазоне, а также для быстрого измерения толщины.

Этот раздел начинается с подробного описания нашей оптоэлектронной реализации метода S-DSH. Затем мы анализируем влияние схемы перестройки частоты и когерентных свойств качающегося лазерного источника. Наконец, мы охарактеризуем когерентный ТГц спектрометр S-DSH с точки зрения ширины полосы и DR.

ТГц FMCW с S-DSH

Системная архитектура нашего оптоэлектронного ТГц спектрометра FMCW напоминает стандартную установку непрерывного ТГц диапазона на основе фотомиксирования 23 . Схематический чертеж показан на рис. 1. Оптическая нота биений на желаемой частоте ТГц генерируется путем наложения лазера с фиксированной частотой (статический лазер) и лазера с качающейся частотой в первом ответвителе на 3 дБ. Оба лазера имеют волоконную связь и работают в С-диапазоне. EDFA увеличивает мощность ноты удара до того, как выходной сигнал разделен на два плеча равной мощности вторым ответвителем на 3 дБ.Один выход освещает излучатель фотомиксера, который преобразует оптические биения в ТГц излучение. Пара параболических зеркал направляет ТГц сигнал от излучателя к приемнику. В приемнике сигнал ТГц смешивается с оптической нотой ударов второго оптического плеча. Этот процесс смешивания генерирует ток приемника, который оцифровывается и обрабатывается для получения результата измерения. Обратите внимание, что эта система полностью связана с оптоволоконным кабелем и не содержит никакой оптики для свободного пространства или движущихся частей. Более подробная техническая информация представлена ​​в разделе «Методы».

Рис. 1: Схема и принцип работы оптоэлектронного FMCW-спектрометра.

a Схема оптоэлектронной развертки с задержкой самогетеродинирования FMCW THz. Обратите внимание, что система полностью оптоволоконная без какой-либо оптики для свободного пространства. Усилитель EDFA на эрбиевом волокне, ответвитель 3 дБ 3 дБ, L Tx , L R x длина оптического пути в плечах Tx и Rx, соответственно, включая дополнительную статическую задержку волокна; L ТГц ТГц длина пути, ТГц-излучатель с волоконно-оптической связью, ТГц-приемник с волоконно-оптической связью, трансимпедансный усилитель TIA, система оцифровки и сбора данных DAQ.Цветные стрелки выделяют путь Tx и путь Rx и указывают длины пути, относящиеся к общему времени задержки, которое возникает из-за асимметрии длины пути. b Когда частота f качающегося лазера настроена на постоянную скорость ν S , смещение частоты f 0 = T d f / d t происходит для время задержки T .

Концептуальной новизной нашего подхода является использование S-DSH для фазочувствительного обнаружения.Основная идея заключается в следующем: в приемнике поле ТГц смешивается с оптической нотой ударов, которая представляет собой отложенную по времени копию ноты ударов, которая генерировала поле ТГц. По мере того как нота биений качается по частоте, это задержанное самогетеродинирование приводит к разности частот между полем ТГц и оптической нотой биений на приемнике (см. Рис. 1b). Из-за процесса смешения ток приемника колеблется с промежуточной частотой, сохраняя при этом информацию об амплитуде и фазе ТГц поля.Следовательно, промежуточная частота может использоваться для восстановления амплитуды и фазы сигнала ТГц. Далее эта схема выводится подробно.

Сложный ток детектора Дж ( t ) в приемнике является результатом фотомиксирования входящего электрического поля ТГц E ТГц, Rx ( t ) и интенсивности оптического биения I B, Rx ( t )

$$ J \ left (t \ right) = E _ {{\ mathrm {{THz, Rx}}}} \ left (t \ right) I _ {{\ mathrm { {B, Rx}}}} \ left (t \ right) = \ left | {E _ {{\ mathrm {{THz, Rx}}}} \ left (t \ right)} \ right | \ left | {I _ {\ mathrm {{B, Rx}}} \ left (t \ right)} \ right | {\ mathrm {e}} ^ {i \ phi (t)} = J_0 {\ mathrm {e}} ^ {i \ phi (t)}.$$

(1)

Поскольку обнаруженный сигнал является действительной частью комплексного тока Дж ( t ), амплитуда сигнала Дж 0 определяется правильно только в том случае, если фаза ϕ ( t ) между ТГц поле E THz, Rx ( t ) и оптическая нота биений I B, Rx ( t ) известны. В общем, фаза не может быть вычислена априори, поскольку длина оптического пути, которая в основном определяет фазу, неизвестна с достаточной точностью.Следовательно, когерентные оптоэлектронные ТГц спектрометры обычно требуют фазовой модуляции не менее 2 π . В общем, ϕ ( t ) можно выразить временной задержкой T между E ТГц, Rx ( t ) и I B, Rx ( t ), умноженное на угловую частоту ноты биений ω B

$$ \ phi \ left (t \ right) = T \ omega _ {\ mathrm {B}}. $$

(2)

Полный дифференциал фазы ϕ ( t ) равен

$$ \ frac {{{\ mathrm {d}} \ phi \ left (t \ right)}} {{{\ mathrm {d }} t}} = \ omega _ {\ mathrm {B}} \ frac {{\ partial T}} {{\ partial t}} + T \ frac {{\ partial \ omega _ {\ mathrm {B}} }} {{\ partial t}}.$$

(3)

Уравнение (3) показывает, что фазовая модуляция может быть получена двумя разными способами: либо путем изменения временной задержки T , в то время как угловая частота ноты ударов ω B поддерживается постоянной, или наоборот. Большинство методов фазовой модуляции, опубликованных к настоящему времени, использовали первый член уравнения (1). (3), то есть T изменяется с помощью фазового модулятора 31 , расширителя волокна 32 или линии оптической задержки в свободном пространстве 23 , в то время как ω B поддерживается постоянной.Напротив, наша оптоэлектронная установка FMCW THz использует второй член уравнения. (3). Угловая частота ноты ударов ω B изменяется, в то время как разница во времени T остается ненулевой, но постоянной. Обратите внимание, что изменение ω B вместо T особенно удобно в широкополосной и когерентной непрерывной ТГц системе, потому что быстрая настройка частоты нот ω B требуется для широкого спектрального покрытия.Следовательно, аналогично стандартному FMCW радару, наш оптоэлектронный метод FMCW THz использует частотную развертку не только для настройки, но и для когерентного обнаружения.

Частота f перестраиваемого лазера, или, что эквивалентно, нота ударов ω B , развертка с постоянной скоростью \ (\ nu _ {\ mathrm {s}} \),

$$ \ nu _ {\ mathrm {S}} = 2 \ pi \ frac {{{\ mathrm {d}} f}} {{{\ mathrm {d}} t}} = \ frac {{{\ mathrm {d}} \ omega _ {\ mathrm {B}}}} {{{\ mathrm {d}} t}} = {\ mathrm {const}}. $$

(4)

С постоянной временной задержкой T между входящим терагерцовым полем и оптической ноткой биений на приемнике (см.рис.1b), изменение фазы в уравнении. (3) тогда становится

$$ \ frac {{{\ mathrm {d}} \ phi \ left (t \ right)}} {{{\ mathrm {d}} t}} = T \ nu _ {\ mathrm {S}} = 2 \ pi f_0 $$

(5)

, где f 0 - промежуточная частота. В нашей установке временная задержка T определяется длиной оптических волокон, а также длиной тракта ТГц. Чтобы проиллюстрировать эффект, путь Tx (зеленый) нарисован значительно длиннее, чем путь Rx (синий) на рис.1а. Временная задержка T может быть выражена через длину пути

$$ T = \ frac {{nL _ {{\ mathrm {Tx}}} + L _ {{\ mathrm {THz}}} - nL _ {{\ mathrm {Rx}}}}} {c}. $$

(6)

Здесь L Tx и L Rx обозначают длины волокна в плече излучателя и приемника, соответственно, n - показатель преломления волокна и L THz - THz длина пути. Обратите внимание, что для данной длины тракта ТГц L ТГц , общая временная задержка может быть отрегулирована с помощью длины статических волокон L Rx и L Tx , которые либо дополняют, либо компенсируют ТГц. дорожка.Это наиболее удобно, поскольку установка поддерживает практически любую длину тракта ТГц без необходимости изменять тактовую частоту, полосу пропускания фильтра или какие-либо электрические сигналы, такие как элементы управления настройкой частоты или ток приемника. Согласно уравнениям. Согласно (5) и (6) промежуточная частота f 0 зависит от длины тракта ТГц, и поэтому введение образца или любая другая модификация этого тракта сдвинет промежуточную частоту.

Фаза тока детектора получается интегрированием уравнения.(2) на t и вставив (5):

$$ \ phi \ left (t \ right) = 2 \ pi f_0t + \ phi _0. $$

(7)

Как и ожидалось, фаза вращается на промежуточной частоте f 0 и включает фазовый сдвиг ϕ 0 , который изначально не определен. С программной синхронизацией квадратур, работающей на частоте, близкой к f 0 , можно вычислить фазовый сдвиг. Сравнение смещения ϕ 0 измерения образца с эталонным измерением затем дает точное измерение изменения фазы, вносимого образцом.{iT \ nu _ {\ mathrm {S}} t / c + i \ phi _0}. $$

(8)

Это основное уравнение оптоэлектронной схемы FMCW THz. Он показывает, что ток приемника пропорционален амплитуде ТГц поля, а его фаза определяется свойствами тракта ТГц. Следовательно, информация об амплитуде и фазе может быть извлечена из тока приемника.

В заключение, предпосылками для оптоэлектронной системы FMCW THz являются статическая асимметрия в длинах пути и постоянная скорость развертки \ (\ nu _ {\ mathrm {S}} \) оптической ноты биений.Если эти требования выполнены, падающий ТГц сигнал микшируется до промежуточной частоты f 0 . С программным синхронным детектором информация об амплитуде и фазе ТГц сигнала извлекается из тока детектора. Согласно формуле. (5) время задержки T и скорость перестройки частоты \ (\ nu _ {\ mathrm {S}} \) качающегося лазерного источника являются основными параметрами, которые определяют промежуточную частоту f 0 .Для оптоэлектронного FMCW-спектрометра время задержки T должно быть как можно меньшим, чтобы минимизировать любые вредные эффекты, которые эта дополнительная задержка может иметь на фазовую и амплитудную стабильность системы. Это означает, что \ (\ nu _ {\ mathrm {S}} \) должен быть достаточно большим. В следующих двух разделах мы сначала выведем выражение для случая ступенчатой ​​настройки частоты. Затем мы обсудим взаимодействие когерентности и доступного пространства параметров для нашего оптоэлектронного FMCW-спектрометра.

Пошаговая настройка частоты

Согласно формуле. Согласно (5) постоянная промежуточная частота f 0 требует линейной развертки частоты лазера. Однако используемый в данной работе лазер работает с квазиступенчатой ​​настройкой. Точнее, лазер пребывает на определенной частоте f в течение времени τ s , прежде чем он квази мгновенно переключается на следующую частоту f + Δ f . Следовательно, средняя скорость развертки составляет

$$ \ overline \ nu _ {\ mathrm {S}} = \ frac {{{\ Delta} f}} {{\ tau _ {\ mathrm {s}}}}.$$

(9)

В приемнике пошаговая настройка частоты качающегося лазера и временная задержка между трактом Tx и Rx заставляют ТГц поле E THz, Rx ( t ) следовать каждому шагу Δ f на время T раньше, чем нота оптического биения I B, Rx ( t ). Это поведение схематично показано на рис. 2а. Обратите внимание, что частоты двух сигналов E THz, Rx ( t ) и I B, Rx ( t ) равны в каждом временном интервале τ s , за исключением короткий период т .Ток детектора Дж ( t ) модулируется на разностной частоте E ТГц, Rx ( t ) и I B, Rx ( t ), а также временной шкале. этой промежуточной частоты, таким образом, следует модуляция в форме коробчатой ​​тележки между 0 и Δ f с рабочим циклом T / τ s , как показано на фиг. 2b. Таким образом, основное различие между непрерывной и пошаговой настройкой частоты заключается в следующем: в первом случае промежуточная частота постоянна и точно подчиняется уравнению.(5). Однако в случае ступенчатой ​​настройки промежуточная частота остается нулевой в течение периода времени τ s , за исключением короткого временного интервала T . Затем фаза ϕ ( t ) тока детектора следует последовательности, показанной на рис. 2c. Обратите внимание, что изменение фазы происходит только в пределах короткого интервала времени T , тогда как фаза остается постоянной в остальное время τ s . Можно предположить, что пошаговая настройка частоты требует гораздо более высоких скоростей дискретизации по сравнению с непрерывной настройкой, чтобы разрешить изменение фазы в пределах короткого временного интервала T .Однако, поскольку спектральное разрешение измерения ТГц равно размеру шага по частоте Δ f , имеет значение только полная фаза Δ ϕ , полученная в пределах одного шага частоты. Таким образом, подробным временным ходом фазы в пределах τ с можно пренебречь. Следовательно, достаточно предположения о линейном изменении фазы между двумя шагами частоты, как показано красной пунктирной линией на рис. 2c. На практике эта линеаризация просто реализуется путем удаления высших гармоник промежуточной частоты f 0 в токе детектора.Это можно сделать, например, с помощью электронных фильтров нижних частот до оцифровки сигнала приемника. В результате получается постоянная промежуточная частота f 0 , которая служит для фазочувствительного обнаружения так же, как и в случае линейной настройки частоты. Из графического представления на рис. 2c можно вывести, что

$$ f_0 = \ frac {{{\ Delta} \ phi}} {{\ tau _ {\ mathrm {s}}}} = {\ Delta} f \ frac {T} {{\ tau _ {\ mathrm {s}}}}. $$

(10)

Фиг.2: Иллюстрация зависящего от времени сигнала детектора ТГц спектрометра FMCW с пошаговой настройкой частоты.

a Частота падающего ТГц поля E THz, Rx и нотная запись оптических биений I B, Rx в приемнике как функция времени. Указаны временная задержка T между E THz, Rx и I B, Rx , размер шага по частоте Δ f и время цикла τ s . b Зависящая от времени частота и c фаза электрического сигнала после фотомикширования в приемнике. Частота и фаза сигнала приемника изменяются на Δ f и Δ ϕ соответственно за время T . Величина f 0 обозначает линеаризованную промежуточную частоту, которая используется для регистрации сигнала в нашей реализации ТГц спектрометра FMCW.

Следовательно, f 0 определяется частотой настройки Δ f , умноженной на рабочий цикл T / τ s .И наоборот, уравнение. (10) можно использовать для расчета необходимой временной задержки T для любой желаемой промежуточной частоты f 0 . В наших экспериментах качающийся лазер перестраивается с шагом Δ f = 1 ГГц с временем цикла τ с = 2 мкс. Для точной выборки фазы в пределах τ s , мы выбираем T так, чтобы f 0 составляло приблизительно 500 кГц. В нашем оптоэлектронном эксперименте FMCW время задержки T происходит от оптического волокна (длина 8.8 см, показатель преломления n = 1,45), вставленный между ответвителем на 3 дБ и приемником, что делает плечо Rx на 12,8 см длиннее, чем плечо Tx. Дополнительное волокно также частично компенсирует длину тракта ТГц ( L ТГц = 40 см), так что общая асимметрия длины пути между излучателем и приемником становится 27,2 см, что соответствует общему времени задержки T = 0,91. нс. Следовательно, уравнение. (10) дает промежуточную частоту

$$ f_0 = {\ Delta} f \ frac {T} {{\ tau _ {\ mathrm {s}}}} = 1 {\,} {\ mathrm {GHz}} \ frac {{0.91 {\ mathrm {ns}}}} {{2 {\,} {\ upmu {\ mathrm {s}}}}} = 455 {\,} {\ mathrm {kHz}}. $$

(11)

Пригодность качающегося лазера и его ступенчатая настройка частоты для этой схемы обнаружения может быть экспериментально проверена на гораздо более простой установке без каких-либо ТГц компонентов. Мы использовали простой асимметричный интерферометр Маха – Цендера (MZI) со стандартным фотодетектором 26 на одном выходном порте, чтобы продемонстрировать генерацию f 0 и его высшие гармоники.Эта установка исключает преобразование в ТГц излучение или его обнаружение, с тем преимуществом, что не нужно учитывать ни ограничения полосы пропускания генерации и обнаружения ТГц, ни регулировку тракта ТГц, ни ограничения усилителя тока с высоким коэффициентом усиления. Схема установки представлена ​​на рис. {{\ mathrm {MZI}}} \ nu _ {\ mathrm {S}} t}.$$

(12)

Рис. 3: Расчетные и измеренные спектры, полученные от качающегося лазера в асимметричном ИМЦ.

a Спектр тока детектора, рассчитанный по эволюции амплитуды и фазы, показанный на рис. 2b, c. Указаны центральная частота f 0 и первые компоненты более высокого порядка с частотами f 0 ± 1/ τ s . b Измеренный частотный спектр фотодетектора в эксперименте с асимметричным интерферометром Маха – Цендера (см. c ) и разд.{{\ mathrm {{MZI}}}} \) = 498 кГц. Высшие гармоники проистекают из схемы ступенчатой ​​настройки лазерного источника и могут быть удалены из спектра полосовым фильтром с центром в f 0 . c Установка эксперимента с интерферометром Маха – Цендера с волоконной задержкой T MZI , ответвителями 3 дБ (3 дБ) и фотодиодом (PD), подключенным к анализатору электрического спектра (ESA).

Очевидно, что выражение для тока фотодетектора в этой установке очень похоже на выражение для тока ТГц детектора в оптоэлектронном ТГц спектрометре.Таким образом, простая установка ИМЦ позволяет удобно анализировать свойства лазера, не принимая во внимание какие-либо возможные эффекты ТГц преобразования. В нашем тесте интерферометр имеет волокно длиной 20,6 см, что дает временную задержку T MZI = 1 нс. Это значение близко, но не равно задержке T , используемой в оптоэлектронной установке FMCW THz. На рис. 3а показан частотный спектр тока фотодетектора, полученный преобразованием Фурье на рис.{{\ mathrm {MZI}}} = 498 \) кГц. Первая гармоника f 0 , являющаяся результатом ступенчатой ​​настройки частоты качающегося лазерного источника, четко наблюдается на частоте около 1 МГц. Применяя набор аналоговых и цифровых полосовых фильтров вокруг частоты модуляции f 0 , подавляются как высшие гармоники, так и шум, в то время как f 0 остается доступным для фазочувствительного обнаружения. Стоит отметить, что полоса пропускания фильтра определяет глубину сканирования ТГц спектрометра.В нашей реализации полоса пропускания фильтра 100 кГц соответствует глубине сканирования 6 см, что достаточно для большинства приложений, таких как измерения толщины слоя (см. Обсуждение).

Когерентность

В оптоэлектронных непрерывных ТГц системах когерентность обоих лазеров напрямую преобразуется в когерентность ТГц излучения 23,33 . Для нашей установки мы предполагаем, что временная когерентность качающегося лазерного источника намного меньше, чем время когерентности лазера с фиксированной частотой.Однако общее определение временной когерентности, то есть составляющая постоянного тока временной интерференции, не может использоваться для получения свойства когерентности качающегося лазера, поскольку эта составляющая по определению исчезает. Поэтому мы используем подход, взятый из исх. 26 , который описывает угловую частоту развертки ω s ( t ) как сумму идеальной линейной развертки и небольшого отклонения Δ ω s ( t ):

$$ \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left (t \ right) = \ omega _0 + \ nu _ {\ mathrm {S}} t + {\ Delta} \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left (т \ право).$$

(13)

Следовательно, обнаруженный сигнал Re ( J ( t )) следует разностной частоте сигнала биений в моменты времени t и t + T . Следовательно, частота модуляции меняется со временем из-за несовершенства скорости развертки:

$$ 2 \ pi \ left ({f_0 + {\ Delta} f \ left (t \ right)} \ right) = \ omega _ { \ mathrm {S}} \ left (t \ right) - \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left ({t + T} \ right) = \ nu _ {\ mathrm {S}} T + {\ Дельта} \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left (t \ right) - {\ Delta} \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left ({t + T} \ right).$$

(14)

С этой точки зрения ширина линии Δ f 0 промежуточной частоты является результатом несовершенства развертки при временной задержке T :

$$ 2 \ pi {\ Delta} f_0 \ left (t \ right ) = {\ Delta} \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left (t \ right) - {\ Delta} \ omega _ {\ mathrm {S}} \ left ({t + T} \ right). $$

(15)

Чтобы гарантировать, что ширина линии Δ f 0 ( t ) остается намного меньшей, чем частота модуляции f 0 , т.е.е., Δ f 0 f 0 , любые отклонения от идеальной скорости развертки Δ ω с ( t ) должны быть небольшими в масштабе времени T . Следовательно, T должно быть меньше как времени когерентности статического лазера, так и временного масштаба флуктуаций качающегося лазера. Быстрая скорость настройки качающегося лазерного источника в оптоэлектронной установке FMCW THz (см. Раздел «Методы») позволяет нам выбрать время задержки T ниже 1 нс, что намного меньше, чем время когерентности статического лазера.Поскольку в ширине линии промежуточной частоты преобладает качающийся лазер, ее можно определить с помощью асимметричного ИМЦ, упомянутого в предыдущем разделе. Из рисунка 3 мы получаем ширину линии 3 дБ для частоты модуляции f 0 Δ f 0 = 5 кГц. Это менее 1% частоты модуляции, и, следовательно, выполняется требование Δ f 0 f 0 . Мы пришли к выводу, что качающийся лазерный источник с квазишаговой настройкой со скоростью 500 ТГц / с хорошо подходит для применения концепции S-DSH к когерентной терагерцовой спектроскопии

Ширина полосы пропускания и DR терагерцового спектрометра FMCW

Конструкция Схема нашего оптоэлектронного ТГц спектрометра FMCW представлена ​​на рис.1. Подробное описание приводится в разделе «Методы». Чтобы проанализировать работу оптоэлектронного ТГц спектрометра FMCW, мы используем стандартную схему передачи с двумя параболическими зеркалами, которые направляют излучаемую волну ТГц диапазона к приемнику (см. Рис. 1). Длина тракта ТГц составляет 40 см, и вся установка работает в окружающем воздухе. Если не указано иное, ширина полосы настройки качающегося лазера составляет 4,7 ТГц, размер шага по частоте составляет 1 ГГц, а скорость измерения составляет 68 спектров в секунду.

ДР ТГц спектров, записанных с помощью оптоэлектронного ТГц спектрометра FMCW для разного числа средних, показан на рис. 4. ДВ рассчитывается по формуле

$$ {\ mathrm {DR}} \ left (f \ right) \ left [{{\ mathrm {dB}}} \ right] = 20 \ log _ {10} \ left ({\ frac {{\ left | {{\ mathrm {signal}}} \ left (f \ right) - { \ mathrm {background}} \ left (f \ right)} \ right |}} {{{\ mathrm {noise}} \, {\ mathrm {level}}}} \ right) $$

(16)

Рис. 4: Терагерцовые спектры, зарегистрированные с помощью оптоэлектронного ТГц спектрометра FMCW.

Спектральные развертки регистрировались с частотой повторения 68 Гц и с шагом 1 ГГц. На графике показан динамический диапазон амплитуды для разного числа усредненных спектров, которые нормированы на соответствующий уровень шума (обозначен серой линией). Провалы в спектре - это линии поглощения атмосферного водяного пара.

Здесь комплексный сигнал ( f ) является результатом процедуры блокировки программного обеспечения. Уровень шума рассчитывается по усредненным спектральным амплитудам на частотах выше 4 ТГц.В этом диапазоне частот сигнал не содержит измеряемых ТГц составляющих, поэтому мы считаем его уровнем шума. Фон ( f ) - это сигнал, измеренный без какого-либо смещения, подаваемого на ТГц излучатель. Вычитая фон, любой статический сигнал смещения удаляется. Поскольку излучатель и приемник работают за пределами своей частоты среза 3 дБ, DR уменьшается в сторону более высоких частот ТГц 23 . На рисунке 4 ясно показано увеличение как DR, так и эффективной полосы пропускания с большим количеством средних значений.Под эффективной полосой пропускания мы обозначаем самую высокую частоту с сигналом, значительно превышающим уровень шума. За одну развертку полный спектр получается всего за 17 мс, а эффективная полоса пропускания и пиковое DR составляют 2 ТГц и 60 дБ соответственно. Полоса пропускания достигает почти 3 ТГц, а пиковый DR увеличивается на 20 дБ при усреднении 100 спектров (время измерения 1,7 с). Повышение DR на 10 дБ в 10 раз по количеству средних значений является универсальным законом до тех пор, пока в сигнале преобладает случайный шум.Этот закон выведен в разделе «Методы».

Чтобы проверить это поведение для оптоэлектронной установки FMCW THz, мы оценили DR как функцию времени измерения для различных частот ТГц спектра (рис. 5). Кружки, ромбы, квадраты и треугольники представляют частоты 0,1 (спектральный максимум), 0,5, 1 и 2 ТГц соответственно. В качестве ориентира пунктирная линия показывает ожидаемое увеличение DR на 10 дБ за декаду, которое выполняется для всех четырех частот до времени интегрирования 5000 с (83 мин).Усреднение выполняется по комплексным данным амплитуды и фазы, и, следовательно, любые нестабильности в фазе будут проявляться в сильных отклонениях от прогнозируемого увеличения (см. Раздел «Методы»). Поскольку это не так, мы заключаем, что никаких значительных фазовых дрейфов ни в спектрометре, ни в экспериментальной установке не происходит за этот период. Однако небольшое отклонение от увеличения на 10 дБ за декаду наблюдается при длительном времени интегрирования. Мы предполагаем, что эти отклонения происходят из-за длительных дрейфов в установке ТГц, а также из-за температурных эффектов, которые влияют на показатель преломления оптических волокон.Тем не менее, результаты показывают, что наша схема измерения обеспечивает очень стабильные измерения с высоким DR. В частности, пиковое DR 117 дБ - это наивысшее значение для любой оптоэлектронной ТГц системы на сегодняшний день.

Рис. 5: Динамический диапазон как функция времени усреднения для выбранных частот в пределах ТГц спектра.

Круги, ромбы, квадраты и треугольники соответствуют частотам 0,1 (спектральный максимум), 0,5, 1 и 2 ТГц. Пунктирная серая линия указывает на увеличение на 10 дБ за десятилетие, как предсказывает формула.(20).

Planet Analog - ОСНОВЫ СИГНАЛЬНОЙ ЦЕПИ № 50: Измерения мостового сигнала CW и модулированного сигнала высокоскоростных преобразователей

( Примечание редактора : это «золотой» (# 50) выпуск серии Signal Chain Basics ; щелкните здесь , чтобы просмотреть полный связанный список всех предыдущих выпусков этой серии.)

Высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) обычно характеризуются использованием сигналов непрерывной волны (CW).Для такой практики есть несколько причин: 1) для АЦП сигналы CW легче чисто генерировать с помощью генераторов CW и узкополосных фильтров; 2) для ЦАП проще анализировать CW-сигналы; и 3) они предоставляют стандартные эталонные тесты, которые можно однозначно сравнивать между устройствами.

Однако в большинстве реальных систем используются высокоскоростные преобразователи данных для выборки модулированных сигналов. Устранение различий между спецификациями, основанными на измерениях CW, и системными требованиями для модулированных сигналов может оказаться сложной задачей.

( Примечание : см. Рамку под разделом «Об авторе» для очень краткого руководства по CW и модулированным сигналам.)

Есть два различия между CW и модулированными сигналами, которые могут повлиять на поведение высокоскоростных преобразователей данных:

Во-первых, у CW-сигнала нет полосы пропускания - энергия ограничена одной частотой; тогда как модулированный сигнал имеет полосу пропускания, а энергия распределяется по диапазону частот.

Одним из результатов является то, что, хотя искажение CW-сигнала вызывает гармоники CW на другой частоте, искажение модулированного сигнала вызывает гармоники и интермодуляцию с более широким частотным диапазоном, чем сигнал: 2 × для второй гармоники, 3 × для третьей гармоники, и т.п.Расширение энергии приводит к более низкой интегральной энергии искажения в полосе, равной ширине полосы модулированному сигналу.

Во-вторых, большинство модулированных сигналов (за исключением схем фазовой модуляции, таких как GMSK, используемых в GSM) модулируют амплитуду, что приводит к более низкой средней мощности, чем максимальная мощность. Для сравнения: сигнал CW имеет постоянную мощность. Разница демонстрируется на рис. 1 , на котором показана зависимость мощности от времени для модулированного сигнала долгосрочной эволюции (LTE).Средняя мощность составляет примерно семь процентов от максимальной, или на 11 дБ ниже.


Рисунок 1 : Зависимость мощности от времени для модулированного сигнала LTE.

В большинстве устройств продукты гармонических искажений увеличиваются с увеличением мощности сигнала. Например, гармонические составляющие третьего порядка увеличиваются на 3 дБ на каждый 1 дБ увеличения мощности сигнала. Таким образом, CW-сигнал на максимальной мощности имеет значительно больше искажений, чем модулированный сигнал с более низкой средней мощностью.Это проиллюстрировано на , рис. 2, , где сравнивается гармоническое искажение третьего порядка для CW-сигнала на максимальной мощности с модулированным LTE-сигналом.


Рисунок 2 : Гармонические искажения CW и модулированные сигналы LTE.

Используемая модель искажения была простым полиномом:

В выход = В дюйм + коэфф × Vin 3

, где коэффициент гармонических искажений coeff был выбран произвольно, чтобы продемонстрировать значительную величину искажения.

Сигнал CW генерирует продукт искажения третьего порядка на 42 дБ ниже сигнала CW, в то время как сигнал LTE генерирует продукт искажения третьего порядка на 56 дБ ниже сигнала LTE. Обратите внимание, что мощность на рисунке 2 нормирована на максимальную мощность для каждого сигнала.

Следовательно, использование CW-сигнала максимальной мощности для оценки гармонических искажений модулированного сигнала LTE в нашем теоретическом устройстве привело к переоценке искажения сигнала LTE на 14 дБ.

Что было бы более точным тестом CW? Тест CW никогда не сможет зафиксировать точно такие же эффекты модулированного сигнала, а искажение модулированного сигнала будет зависеть от статистического распределения мощности сигнала.В нашем примере CW-сигнал на –7 дБ ниже максимальной мощности генерировал бы тот же уровень искажений третьей гармоники, что и сигнал LTE (см. Рисунок 2). Поскольку средняя мощность модулированного сигнала LTE на ~ 11 дБ ниже максимальной или пиковой мощности, это соответствует установке мощности CW-сигнала на 4 дБ выше средней мощности модулированного сигнала.

Быстрое практическое правило для более точной оценки характеристик модулированного сигнала - взять отношение максимальной мощности модулированного сигнала к средней в дБ и установить мощность CW на 2/3 ниже максимальной мощности.Например, если модулированный сигнал PAR равен 6 дБ, сигнал CW должен быть установлен на –4 дБ ниже максимальной мощности, а гармонические искажения измеряются относительно мощности сигнала. Это правило хорошо работает для различных типов модулированных сигналов, таких как OFDM, WCDMA и QAM.

Справочная информация
Для получения дополнительной информации о преобразователях данных посетите http://www.ti.com/dataconverters-ca.

Об авторе
Роберт Келлер - менеджер систем и приложений для высокоскоростных преобразователей данных.Он имеет девятилетний опыт поддержки высокоскоростных продуктов в системах беспроводной связи, тестирования и измерения, а также в военных системах. Он получил степень бакалавра искусств. Имеет степень доктора физико-математических наук Вашингтонского университета, Сент-Луис, а также докторскую степень. Кандидат прикладной физики Стэнфордского университета. Он имеет 10 патентов США в области сетевых приложений и датчиков. С Робертом можно связаться по адресу.

Учебное пособие: Непрерывные формы волны в сравнении с модулированными сигналами
В его классическом учебнике Обнаружение, оценка и теория модуляции, Том 1, Гарри Л.Ван Трис выделил три класса проблем с захватом и восстановлением сигналов:

  • Обнаружение : обнаружение известного сигнала в шуме; где «известный» означает, что сигнал является двоичным, и вы просто хотите знать, есть он или нет (отсутствует / присутствует), или какое из двух двоичных значений он имеет. Это самая легкая задача.
  • Оценка : Оценка одноразового значения неизвестного сигнала в шуме, где значение является аналоговым, и его значение может находиться в любом месте в пределах указанного диапазона.
  • Непрерывная оценка (модуляция) : задача состоит в том, чтобы демодулировать произвольно модулированный, неизвестный (аналоговый) сигнал, опять же в шуме. Эта проблема с непрерывным сигналом - самая сложная из трех.

Помните об этих различиях и различиях при разработке схемы и системы захвата сигнала, поскольку они ограничивают объем вашей проблемы. - Билл Швебер, Planet Analog Editor

Интуитивное объяснение полосы пропускания CW

An Интуитивно понятный Объяснение CW Пропускная способность

Марка Амоса, W8XR

Какая пропускная способность нужно ли отправить Азбука Морзе?

Когда вопрос CW * полоса пропускания обсуждаются есть довольно часто несоответствия и неточности посыпанный среди факты.И, в то время как технический объяснения могут быть найдено, они обычно с примесью трудно математика. В исследование тему, я обнаружил, что не хватало простой, интуитивно понятный объяснения. я надеюсь, эта статья служит этой потребности.

Темы, которые хорошо крышка:

- Производство радиочастота CW

- Азбука Морзе ключ

- Ключ конверт

- Взлет и падение раз

- Скорость набора, скорость передачи

- Перевозчик пропускная способность

- Полоса пропускания CW

Во-первых, некоторые базовые фундаментный материал про радио, Морс кодовая скорость, бод ставки и ввод те из вас, кто не потратил много время на этой арене.

Что нужно для отправить код Морзе через радиоволны?

- наподобие радиочастота осциллятор для создания несущая частота

- усилитель для буферизации и усилить выход генератора

- линия подачи и антенна к соединить сигнал от усилителя в пустоту

- способ повернуть этот перевозчик (CW *) снова и снова передать азбуку Морзе.

Мы не будем говорить о первые три здесь.Есть много хороших книг и веб-сайты, которые объясни их хорошо Справочник ARRL отличное место для Начало.

Один очевидный способ включить перевозчика и выключить - использовать ключ между осциллятор и антенна. В качестве альтернативы, как в некоторые ранние радиоприемники, ключ может повернуться осциллятор на и прочь, когда мы постучим наше сообщение. Или это может прервать сигнал от осциллятор к усилитель мощности. Это могло бы также поверните усилитель на и выключенный.Он мог бы использовать комбинация эти. Несмотря ни на что о том, как это сделано, этот ввод - это то, что передает информацию на другой устойчивый (и информация бесплатно) перевозчик.

Ключ - это переключатель это либо включено, либо выключенный. Если бы вы были вытащить серию Dits на крючке до вашего передатчик и смотри у ключей терминалы с осциллограф youd увидеть что-то, что выглядит как квадрат или прямоугольный волна. Если ты долгое время достаточно, ты мог бы даже слышал один или два радио, которые были осцилляторы или усилители, которые были с прямым ключом.

Современные радиоприемники изменить форму эта форма волны манипуляции так что это не включить и выключить мгновенно. Его переходы округляется так, чтобы они меньше резкий. Хорошо быть много говорить о эта форма. Его часто упоминается как манипуляция конверт.

В коде Морзе есть стандартное слово используется в скорости измерение. Его из букв, ПАРИЖ. Если это займет у вас одну минуту отправить ПАРИЖ, тогда вы отправляете в одно слово на минута.Dits, дах и пробелы ПАРИЖ в сумме ровно 50 элементов длины длинные (рисунок 1.) (Последние семь пустые элементы промежуточное слово пробел.)

"/>

Рис. 1. Стандарт слово ПАРИЖ и более простое тестовое слово

Конечно есть много возможных комбинации, которые приведет к 50 слово длины элемента ПАРИЖ - это всего лишь один который используется как стандарт.

Для анализа ниже мы будем использовать альтернатива и очень простой 50 элемент длина слова: a строка из 25 точек.Сложите все точки и разделяющий пробелы, и вы получите 50 элементов длиной слово. Вы могли бы использовать любое тестовое слово в конечном итоге результаты будут похоже, но это простая струна из 25 точек может сделать после обсуждения немного легче понимать.

Если мы отправим наш тест слово в смехотворно высокий скорость 60 слов в минуту (Слов в минуту) мы получаем одно слово за второй.

Если бы у вас был компьютер перед высоким скоростной интернет доступ был нормой, вы использовали модем. Скорость модема измеряется с точки зрения скорость передачи. Типичная скорость передачи для модемов запустили на 110 бод в 1970-е и быстро увеличился через 300, 1200, 9600, 192000 и 56000 бод в 90-е гг. Как быстро 60 слов в минуту с точки зрения бод? Это требует посмотрите на техническое определение бода. Его не критично, что ты понимаешь бод Оцените Im just обеспечение этого информация для в целях сравнения.

Один бод равен один бит информация (или один изменение состояния) на второй.Есть два изменения состояния за день в нашем тесте слово первое, где перевозчик включается, другой, где это выключает.

Пока есть люди, которые могут копировать код быстрее, чем этого нет многие. Рекорд чуть более 75 слов в минуту. Наше тестовое слово в 60 WPM о точка перехода где другие цифровые режимы начинают делать больше смысла, чем включение / выключение ключа (OOK) азбуки Морзе.

Обычное преобразование коэффициент для WPM в бод есть.83. Итак, 60 WPM * .83 о 50 бод. 12 слов в минуту - это около 10 бод. Один самого медленного RTTY скорость передачи (45,45 bauds) близка к наш тест 60 слов в минуту ставка ключевого слова. (В компьютерная сигнализация, термин bps имеет заменил бод как скорость передачи измерение. Этот может запутать потому что это так можно закодировать больше чем один бит в состояние изменять. Хорошо игнорировать это осложнение для это обсуждение.)

Вы, возможно думая, ну, если бод состояние изменений в секунду, тогда было бы не реально Слова кода Морзе иметь разную скорость ставки, чем этот тест слово со скоростью 60 слов в минуту? Да на самом деле есть может быть много 50 слова длины элемента каждый с разными скорость передачи данных, потому что различных количество переходы.Морс код имеет переменную длина букв так преобразование в бод и бит на второй немного странный. Но это не так действительно имеет значение для это обсуждение, так что хорошо игнорируй это сложность тоже Я только упомянул это здесь, чтобы дать вам кадр из Справка. если ты нужно сделать WPM, чтобы Преобразование BAUD, просто используйте .83 бод / WPM и ты будешь Закрыть.

Когда мы отправим наши 25 dit тестовое слово на 60 слов в минуту, мы будем и разблокировать перевозчик 25 раз за второй (25 Гц или 25 циклов в второй .)

Один способ думать о это то, что было амплитуда изменение наших несущая с частотой 25 Гц конверт для ключей. Просто поворачивая носитель от и до очень простой тип модуляции. Также очень шумно и неэффективно это требует много пропускная способность. Хорошо говорить о том, сколько пропускная способность немного потом.

Однако, как известно, Код Морзе банка быть очень широким эффективная среда, если были осторожны.

Быть добросовестным любители, мы бы никогда не нажимайте наши передатчик с квадрат (вкл / выкл) конверт для ключей.Это было бы серьезно тяжело ключевой вид что вызывает раздражение ключевые щелчки. Вместо этого давайте попробуем более мягкий вид манипуляция, округление острые углы этот квадрат, вкл / выкл конверт для ключей.

Фактически, давайте начнем с самым мягким возможна манипуляция. Хорошо используйте приподнятый косинусообразная волна для нашего набора конверт. Так и будет нежно увеличиваем наш перевозчик от 0 до 100% и обратно вниз опять.

Технически самый мягкий из возможных форма на самом деле Гауссов шум изгиб.Как показано в Рисунок 2., они действительно то же самое форма с разными имена.

Рис.2 Повышенный косинус Форма волны Рис.3 Гауссиана Форма волны

Итак, используя самую программный конверт из рисунка 2 (или Рисунок 3), перевозчик начинает с нулевой амплитудой, медленно поднимается, и ускоряется как это вылезает через 50%. Тогда его скорость подъем замедляется пока не дойдет до 100% перевозчик амплитуда. Этот рост от 0 до 100% образует своего рода S-образная кривая (a синусоидальная кривая.) После достижения 100%, начинает высадиться. Этот высадка ускоряется вниз на 50% и наконец, скорость изменение замедляется как конец конверт для ключей подошел. В изменения в амплитуда перевозчик плавно меняется повсюду.

Если мы сделаем это за 40 миллисекунды, мы отправлю один dit при 60 словах в минуту (ну сделай расчет для этого чуть позже.)

Это было бы невозможно для человека копировать.Если мы отправили 25 из них (наше тестовое слово), в 60 слов в минуту на звук бежать вместе и результат будет быть непонятным 25 Гц гул. (Под лаборатория условия, используя компьютер с цифровой сигнал программное обеспечение для обработки, компьютер может уметь читать эти 25 точек, но не ты или я)

В любом случае, копируемый или нет, этот конверт для ключей приводит к минимально возможный необходимая пропускная способность привязать оператора к 60WPM.

Не будем путать этот минимум возможная пропускная способность с пропускной способностью требуется для читаемость.Что говорили о вот минимум возможная пропускная способность это происходит, когда вы ключ перевозчика в 60 WPM с повышенным косинусная манипуляция конверт. (Хорошо поговорим о пропускной способности требуется для эффективное получение в другой раз.)

Так сколько пропускная способность делает это займет? Нам нужно какой-то простой миксер теория говорить о это.

Как вы должны помню из учусь для вашего любительская лицензия, когда вы модулируете (или смешать) один сигнал с другим, ты получить сумму и разница в два сигнала.Часто два оригинальных метка частот вместе и модулирующий сигнал обычно удаляется фильтрация.

Итак, несущая 1 МГц модулируется этим мягкая манипуляция 25 Гц форма волны, приводит к 4 результат частоты:

1.) 999 975 Гц ( разница: 1 МГц - 25 Гц)

2.) 1 000 025 Гц (сумма: 1 МГц + 25 Гц)

3.) 1000000 Гц (перевозчик)

4.) 25 Гц ( модуляция частота) это сигнал не сделает это из твоего усилитель, намного меньше ваша антенна

Итак, пропускная способность этот смешанный сигнал использует: 1 000 025 - 9 999 975 = 50 Гц. Сумма и разностные сигналы что создают боковые полосы сигнал. Сумма приводит к верхнему боковая полоса и разница составляет нижняя боковая полоса. Перевозчик в средний не занимает увеличить пропускную способность (и не содержит любая информация.)

Как я уже сказал, используя это мягкое нажатие конверт, код Морзе было бы чрезвычайно сложно для других люди копировать. В чтобы сделать это более читаемым, мы нужно закалить манипуляции.

А пока давайте использовать время подъема и падения время описать жесткость манипуляции. (Форма взлет и падение тоже важно, но хорошо держать форму постоянный на данный момент и продолжать использовать части поднятого косинусообразный конверт.)

Используя самый мягкий из все возможные манипуляции конверты, Гауссовский конверт, время нарастания dit составляет 20 мСм, а время падения 20 мс. Когда мы отправляем строка из 25 эти dits, это составляет то, что составляет 40 мс длина волны. (Мы можем проверить нашу работу принимая обратный частота, чтобы получить длина волны, которая делим 1 на 25. Это выходит на 0,040 секунды или 40 РС; половина этого время нарастания и половина это время осени (Рис. 4.)

Для такого рода мягкая клавиатура, ну назови что-нибудь выше 50% на и что-либо ниже 50% выключенный.

"/>

Рис. 4 Одна точка на 60 слов в минуту (ключ 25 Гц конверт.)

Что, если мы уменьшим вдвое время подъема и падения время до 10 мс, но оставить частоту одинаковый?

Ну и получи (рисунок 5.):

Время нарастания 10 мс

10 мс, где сигнал на 100%

Время падения 10 мс

10 мс с сигнал на 0.

Поскольку частота то же самое, 25 Гц, весь этот конверт нужно добавить до 40 РС. Мы просто сортируем протянутых части конверт, где перевозчик 100% и где его 0%. Но Weve также сузился приподнятый косинус детали для более резкого взлет и падение. Видеть рисунок 5.

"/>

Рисунок 5.10 мс подъем, 10 мс при 100%, 10 мс падение и 10 мс по телефону 0

(Тем не менее 25 Гц 60 WPM)

В то время когда конверт устойчивый (при 100% и 0) перевозчик не принимая никаких пропускная способность: если мы передаем неизменный 1МГц носитель это не будет возьмитесь за любой пропускная способность. Это сложно для многих людей к принимать. Кажется нелогичный (Должно быть Что-то там взяться за пропускная способность), но это правда.

Другими словами: только раз, когда боковые полосы выталкиваются и возьми пропускная способность во время изменение дюйм амплитуда перевозчик.Это, в то время, когда конверт подниматься или опускаться (где амплитуда перевозчика увеличение или уменьшается.) В идеале, когда передача CW, это только случается во время подъема и время падения конверт для ключей **.

Даже этот гладкий приподнятый косинус конверт меняет амплитуда перевозчик, хотя медленно и изящно нет здесь неровные края. Это изменение конверт вызывает боковые полосы вытолкнуть в обе стороны перевозчика.

Хорошо, теперь давайте копать немного Глубже.

Ширина боковые полосы ( пропускная способность) должен делать с крутизной манипуляции конверт; как быстро это меняет перевозчики амплитуда. По увеличение помои из наша форма волны манипуляции, увеличивали требуемая пропускная способность. Теория сигналов люди будут спорить что его скорость модуляции Модулирующий 25 Гц сигнал в нашем пример, что вызывает боковые полосы.Айв слышал ряд аргументы по этому поводу утверждение.

Добро пожаловать в Рассмотрим этот вариант, но учтите это: что на самом деле меняется, когда скорость модуляции изменения? Это крутизна время подъема и падения время набора конверт. Вот и пример.

Что, если мы удвоим наш первоначальный ввод скорость от 60 слов в минуту до 120 слов в минуту (то есть увеличить наш частота модуляции от 25 Гц до 50 Гц)? Что бы ведущие и конечные края как выглядят?

Это легче видеть, чем это говорить о.Взять посмотрите на 25 Гц косинусообразная волна наложение 50 Гц косинусообразная волна на рисунке 6.

Рис. 6 Это Крутизна, что подсчитывает.

Заметьте что-нибудь интересно о как крутые 50 Гц волна такая, как идет от 0 до пика?

Вы могли бы сказать скорость изменения вдвое круче, чем в волне 25 Гц и ты был бы прав. Чтобы уместить 50 циклы в том же во-вторых, что наши 25 Подходит сигнал Гц, каждая волна 50 Гц имеет иметь круче стороны, чем 25 Гц волны на самом деле, вдвое круче.Опять же, это скорость изменения перевозчик из-за конверт для ключей Это приравнивается. В наклон, или скорость изменений, это мера крутизна время подъема или падения. Для модулирующего (или манипуляция) форма волны, вдвое круче значит вдвое больше пропускной способности.

Некоторые могут все еще утверждают, что увеличение частота модуляции вызывая это.

Конечно есть зерно истины там. если ты увеличить скорость модуляция, ты увеличить крутизна модулирующая форма волны (как видно из Рисунок 6.) Но, это на самом деле крутизна поднимается и опускается конверт, который вызывает боковые полосы (и последующий пропускная способность), а не скорость передачи сигналов. Если у тебя был только один помахать этим частота, требуется пропускная способность было бы точно так же, как непрерывная череда волны в наших пример.

Технически это не просто крутизна время подъема и падения время. Более именно, это скорость изменения любой часть конверта. Например, если вместо приятного плавный подъем от 0 есть резкий изменение, это резкое изменение увеличится пропускная способность. А пила, треугольная или пошаговый конверт вызовет много более высокая пропускная способность сигнал, чем наш приподнятый косинус конверт. Если несущая модулируется каким-то другим способом пропускная способность могла также увеличиваются (для например, если сигнал имеет некоторые чириканье) но в этом анализ были только учитывая пропускная способность из-за конверт для ключей.

Вам нужно добраться до точка, где вы можно сказать, с судимость: Его форма конверт, который вызывает ключевой CW сигнал поднять пропускная способность.An без ключа / без модуляции CW сигнал занимает нет пропускной способности.

Как мы можем определить насколько широк наш сигнал будет основываться на время подъема и спада манипуляции конверт? Этот в разделе говорится о способ оценить это.

Когда мы укрепляем ввод путем увеличения наклон поднимается или опускается часть манипуляции конверт, были выталкивая боковые полосы как будто мы модулировали наш перевозчик с волна, у которой есть такой же наклон и форма как подъем и падающие части модуляция конверт.Это немного сложно, но пример должен помощь.

Во-первых сценарий выше, мы уменьшил рост вдвое и время падения до 10 мс за штуку, но сохранил ключевой рейтинг такой же. Путем резки взлет и падение раз в два раза, это как если бы были теперь модулируем наши несущая с частотой 50 Гц синусоида (даже хотя время нарастания и время падения разделенные точками без изменений.) боковые полосы выталкиваются до + - 50 Гц, требующие 100 Гц общая пропускная способность до отправить те же 60 Слово WPM.

Другой способ сказать это: если мы сохраним время подъема и падения время нашего конверта и вынуть любой части, где конверт нет изменение (когда его при 100% и 0% для экземпляр), мы можем выяснить это частота осциллограмм (на основе длина волны) и использовать что оценить требуемая пропускная способность. Так, например, Синусоидальная волна 50 Гц имеет время подъема и падения время 10 мс каждый (1/50 - это 20 мСм.) Если наш конверт имеет то же время подъема и время спада как 50 Гц синусоида, и ее взлет и падение такой же формы, как взлет и падение синусоидальная волна 50 Гц, тогда мы можем лечить это как сигнал 50 Гц вычислить пропускная способность.

Помните: когда конверт для ключей не меняется, нет боковые полосы и нет полоса пропускания боковые полосы и пропускная способность только происходят во время раз, когда конверт для ключей меняется.

Если мы уменьшим рост вдвое и снова времена падения (до 5 мСм), это как если бы были модулирующими наш перевозчик с Форма волны 100 Гц (5 Время нарастания мс + 5 мс время падения = 10 мс; 1/10 мСм = 100 Гц). Боковые полосы гаснут до + - 100 Гц для всего 200 Гц пропускная способность.

Конечно в реальный мир, не так много радио работают гладко Гауссовская манипуляция, как мы делаем здесь. Обычно они используют резистор-конденсатор фильтр, используемый для смягчить подъем и падение. Почему это все еще сделано? Инженерное дело разве не так сложно больше - это дело экономики: это будет стоить дороже на радио для производители добавить гауссовский манипулятор конверт.

RC-фильтр имеет более острые края и следовательно вызывает больше пропускной способности, чтобы быть использовал.Его очевидно лучше чем просто использовать квадратный ключ конверт. Однако все еще красиво широкий и если подъем время и осень раз меньше чем 5 мс или около того, это будет будь довольно щекотливым даже на некоторых высококачественные радиоприемники.

Хорошо, так сколько пропускная способность квадратная волна брать?

Путь тоже много. Подъем и времена падения прямоугольная волна бесконечно крутой. Этот вид манипуляции приводит к очень широкий сигнал с много шума с каждая клавиша вниз и ключ вверх.

Как будто ты изменение вашего перевозчик с очень высокая частота боковые полосы сигнала выталкиваются в бесконечная пропускная способность. Ну может и нет бесконечно, но много больше, чем другие любители вверх и вниз группа заслуживает. Если ты делаешь это на 40 метров, некоторые из ваши ключевые щелчки мог бы сделать это до 20 метров группа - или может быть даже ваш телефон или телевизор твоих соседей, в зависимости от того, как большая сила у тебя пытаюсь откачать.

Мало того, что это неэффективно там тратится впустую власть в эти бесконечные боковые полосы в большинстве части цивилизованный мир незаконно.Точный пропускная способность сложна вычислять, из-за вещей как пропускная способность вашего передатчика, фильтры, которые могут быть в сигнале путь, ваш усилитель линейность, ширина полосы пропускания ваш тюнер, пропускная способность вашего антенна и др.

Несмотря на это, его достаточно широкий, чтобы получить ты в беде. Так обрати внимание на ваш ввод конверт. Не ключ та установка для домашнего пивоварения с квадратом конверт или любой конверт с подъем время или время падения меньше чем 5 мс или около того.Также, если возможно подъем и падать должно быть в форме нашего приподнятая кривая косинуса. Если они экспоненциальные кривые (как вы получаете с RC фильтр) вы будет занимать больше пропускной способности, чем абсолютно нужно.

Вот пара ключевые выводы:

- Если вы возьмете больше ничего из эта статья, вы должны быть в состоянии сказать с уверенностью Полоса пропускания типичный CW сигнал зависит от формы манипуляции конверт.

- Твердость манипуляции значительно повлияли взлетом и падением время набора конверт. Подъем и время падения 5 мс или больше приведет к читаемый сигнал на разумный пропускная способность.

- Боковые полосы сигнал CW вызвано манипуляцией ( немодулированный носитель не требует пропускная способность.)

- Ты можешь оценить требуется пропускная способность анализируя форма ключа конверт (удаление части, которые неизменный и расчет частота оставшиеся порции.) Это относится к программная клавиатура. Используя сложнее манипуляция увеличивает требуемая полоса пропускания резко.

- Множество люди любят спорить об этих моментах даже если они этого не сделают действительно понимаю их. Лучше всего Просто уйди от них аргументы, если тебе просто нравится спорить. Маленький обмен знание вероятно произойти, даже если это несколько развлекательный

* Технически CW означает непрерывный Волна.Когда радио любители говорят о CW они действительно говорит о включение / выключение ключа (OOK) непрерывного волна. Конечно там нет ничего непрерывно о ключевой оператор; Это останавливается и запускает все время. В виде упомянутое выше технически CW не принимает НИКАКОГО пропускная способность вообще, если это не быть модулированный. В этом статья, мы используем термин CW в любительский смысл.

** Конечно в реальный мир есть осложнения, такие как фазовый шум, джиттер, FM и др.но это другая история и действительно не добавляет к этому обсуждению в любом значимом способ.

Частотно-модулированная непрерывная волна (FMCW) LiDAR

Технология измерения расстояний

Bridger основана на частотно-модулированном непрерывном волновом (FMCW) LiDAR, показанном на рисунке 1. Свет от лазера с частотной разверткой, или «чирпированного» лазера разделяется на две части; одна часть (Tx) передается к цели, в то время как вторая часть (LO) остается локальной и не перемещается к цели.Лазерный свет, возвращающийся от цели (Rx), интерферометрически рекомбинируется с гетеродином и обнаруживается. На рисунке 1 (вверху справа) показаны оптические частоты LO (черный) и Rx (серый) (линейные чириканья) как функции времени. Поскольку приемник перемещается к цели и обратно, это просто задержанная копия формы сигнала гетеродина. Задержка по времени 𝜏𝐷 связана с целевой дальностью (расстоянием) 𝑅 соотношением

𝜏𝐷 = 2𝑅⁄𝑐, (1)

где 𝑐 - скорость света. Детектор измеряет гетеродинные биения (разностную частоту) между двумя оптическими полями.Частота биений гетеродина равна

.

𝑓𝑏𝑒𝑎𝑡 = 𝜅𝜏𝐷, (2)

где 𝜅 - частота щебета. На рисунке 1 (внизу справа) показано преобразование Фурье биений гетеродина на логарифмической вертикальной оси с горизонтальной частотной осью, преобразованной в диапазон. Это представление называется профилем полного диапазона сигнала. Уравнения. (1) и (2) могут быть объединены для определения целевой дальности с помощью уравнения

.

𝑅 = 𝑓𝑏𝑒𝑎𝑡𝑐⁄2𝜅, (3)

Рисунок 1. Концептуальная схема FMCW Ladar.

Часто бывает необходимо знать дальность до одной или нескольких целей на пути луча. На рисунке 2 показан профиль дальности, на этот раз с линейной вертикальной осью, с тремя целями на одном и том же пеленге, но на разных дальностях. Следующие определения следуют из определений сообщества радаров. Как показано на рисунке 2, разрешение по дальности определяется как минимальное разрешаемое расстояние (полная ширина на половине максимума) между двумя целями на одном и том же пеленге и равно

.

∆𝑅 = 𝑐⁄2𝐵, (4)

, где 𝐵 - информационная полоса пропускания (в данном случае полоса частот ЛЧМ-сигнала).Однако часто можно определить дальность до цели гораздо точнее, чем разрешение. Как показано на Рисунке 2, точность определения дальности определяется как стандартное отклонение статистически значимого количества измерений дальности одной и той же цели при тех же условиях и определяется нижней границей Крамера Рао,

.

𝜎𝑅 ≈ ∆𝑅⁄√𝑆𝑁𝑅, (5)

, где SNR - это отношение сигнал / шум (в РЧ мощности) измерения. Красота формул. (4) и (5) применимы к любой системе LiDAR.Чтобы определить дальность до цели с наилучшей точностью, нужно просто получить широкую полосу пропускания информации и высокое отношение сигнал / шум.

Часть интеллектуальной собственности Бриджера включает методы активной линеаризации очень широкополосных частотных чирпов, что важно для достижения основных пределов разрешения, точности и диапазона измерений.

Методика FMCW LiDAR может предложить ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами «прямого обнаружения» LiDAR, включая:

  1. Улучшенное разрешение по дальности, позволяет измерять и разделять несколько близко расположенных поверхностей.
  2. Улучшенный динамический диапазон, позволяет одновременно измерять как яркие, так и тусклые объекты.
  3. Однофотонная чувствительность, обеспечивает малую апертуру, работу на больших расстояниях и непрозрачное проникновение.
  4. Чувствительность к скорости, позволяет обнаруживать и количественно определять движение.

СКАЧАТЬ ДОКУМЕНТ

Copyright © 2019 Bridger Photonics, Inc. Все права защищены.Воспроизведение без разрешения запрещено. Технические характеристики могут быть изменены без уведомления.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *