ניסוי מס'-8-
מפתוח תזוזת מופע
רקע תיאוריטי:-

שלב המעבר מפתוח (PSK) היא שיטה של תקשורת דיגיטלית שבה בשלב של העברת אותות מגוונת להעברת מידע. ישנן מספר שיטות בהן ניתן להשתמש כדי להשיג את PSK
binary phase-shift keying - BPSK). הטכניקה הפשוטה ביותר PSK נקרא שלב המעבר בינארי מפתוח (BPSK).הוא משתמש בשני שלבים אותות מנוגדים (0 ל -180 מעלות).  
 האות הדיגיטלי הוא שבור לחתיכות timewise בודדים (ספרות בינאריות). . מדינת קצת זה נקבע על פי מצב קצת הקודם. If ). אם שלב של הגל אינה משתנה, אז המדינה האות נשאר ללא שינוי (0 או 1).  אם בשלב השינויים גל של 180 מעלות - כלומר, אם בשלב מפלות - אז את המדינה אותות שינויים (בין 0 ל 1, או 1-0).   כי יש שני שלבים גל אפשריים, BPSK נקראת לעתים biphase אפנון.


דיגרמת מלבינים לאפנון תזוזת מופע:-

אות מאופן BPSK ;-

מכשירים בשימוש:-

-ערכת תקשורת Emona Telecoms-Trainer 101
משקף תנודות

מהללך הניסוי:-

מחברים את line code לכניסת המכפל ומחברים את כניסת המכפל למשקף התנודות על מנת להציגו בערוץ-1 במישור הזמן ובכניסת המכפל השניה YDC מחברים  את אות הסינוסי שמהווה  אוט הגל נושא את יציאת המכפל מחברים לערוץ 2 כלומר בערוץ 2 צופים באות ממופתח PSK עכשיו על מנת לקבל שיקוף מדויק להאות הממופתח צריכים לבצע סינכרן .
מחברים את יציאת SYNC לכניסת המשקף EXT כך שבחיבור זה מחבטיחים את עניין הסנכרון בין משקף התמדות לבין מעגל המפתוח.

התוצאה:-

 מסקנות:-

על סמך התוצאה הנ"ל אפשר להסיק שכאשר יש שינוי בעוצמת אות המבוא (האות הספרתי בעל שתי רמות 0 ו 1) מתרחש היפוך מופע באות הגל הנושא כך שמשתנה זווית המופע של האות באותו רגע ובהתאם למעבר שבין שתי רמות המידע, ואילו התדר והעוצמה נשארים ללא שינוי.  

ניסוי מס'-7

מטרת הניסוי:- היא ליצור אות מאופנן FM בעזרת VCO מתנד מבוקר מתח.                  

אפנון תדר (FM: Frequency Modulation),

 הוא שיטת אפנון שבה מידע מיוצג באמצעות שינויים בתדר של הגל הנושא.

 (בהשוואה ל-AM שבו המשרעת של הגל הנושא משתנה והתדר נשאר קבוע).

בגלל שינויי התדר, השימוש ב-FM דורש רוחב סרט גדול יותר לעומת ה-AM.

עם זאת, משום שהרעשים בדרך-כלל פוגעים במשרעת של הגל ולא בתדר שלו, לא חלה פגיעה בייצוג של האות המקורי. לפיכך מקלטי FM חסינים יותר להפרעות, ולשינויים בעצמת (משרעת) האות הנקלט. תוצאה נוספת של תכונה זו היא שמקלטי FM מסוגלים לקלוט בבירור את האות החזק מבין שתי תחנות המשדרות באותו תדר (תופעה הנקראת "תופעת הלכידה").

ביישומים אנלוגיים, תדר האות הנושא משתנה בתלות בשינויים בעוצמת אות המידע. ביישומים דיגיטליים ניתן לקבוע את תדר האות הנושא לכל תדר מקבוצה מסוימת של תדרים בתלות באות המידע (שיטה הידועה כ- Frequency-Shift keying או בקיצור FSK; בעברית: מפתוח זיזת תדר).

דיגרמת מלבינים של אות מאופנון FM:-

מכשירים בשמוש:-

1.ערכת תקשורת

2.משקף התנודות-מציג את האותות במישור הזמן.

מהלך הניסוי:-

בניסוי הזה אנו מאפננים אותות שונות באפנון אות FM, אות רבועי,אות דיבור ואות סינוסי.

אפנון FM בעזרת אות מידע ספרתי:-

אות המידע הספרתי הנו בתדר של 2K הרץ, חברנו אותו לכניסת המתנד המבוקר מתח, וגם לכניסת ערוץ-1,ובערוץ-2 מחברים את המוצא של הרכיב המאפנן(VCO) .
מכוונים את תדר המתנד ל-50K הרץ.

תדר ה-VCO:-

התוצאות:-

ערוץ-1 אות מאפנן ספרתי:-

ערוץ-2 אות מאופנן:-

אות מאופנן בהשוואה עם אות המבוא:-

אות המאופנו שקבלנו יש שני אותות סינוסים  מחזורים ורציפים,כל אחד בתדר שונה ,שני התדרים השונים קבלנו כתוצאה משתי הרמות השונות באות המידע הריבועי,רמה גבוהה ורמה נמוכה.
ערך הזמן המינימאלי= 0.05m sec

ערך הזמן המקסימאלי=0.3m sec
התדר המקסימאלי מתקבל על ידי הזמן המינמאלי ,והתדר המנימאלי מתקבל על ידי הזמן המקסימאלי,לפי הקשר:-
F=1/T

התדר המקסימאלי=20K הרץ.
התדר המינמאלי=1/3 3 K הרץ.

אפנון FM בעזרת אות דיבור:-

מנתקים את חיבור האות הספרתי ומחברים במקומו את יציאת המיקרופון  וצופים במסך משקף התנודות ,האות המאופנן בהשוואה עם אות הדיבור.

התוצאה:-

אפנון FM בעזרת אות מידע ססינוסאוידאלי:-
כעת מחברים אות סינוסי בתדר 2Kהרץ.

התוצאות:-
האות המאפנן:-

האות מאופנן:-

אם מסובבים את בורר ההגבר של המתנד המבוקר מתח  לשמאלה עד הסוף ,מקבלים בסוף אות סינוסי שהוא בעצם האות המאפנן, כוון שהקטנת הגבר האות המאפנן עד אפס מאפסת אותו ,ובכך לא מבצעים אפנון לאות המבוא.

התוצאה לסיבוב הבורר:-

קריאת אות מאופנן באות סינוסי,לפי האיור הבא:-

לפי החשובים שבצעתי בעזרת המשביצות של המסך ששוה ל-20 מיקרו שניה:-

ערך הזמן המינימאלי=88 מיקרו  שניה.

ערך הזמן המקסימאלי=124 מיקרו שניה.

אז לפי הקשר הנ"ל בין התדר לבין הזמן :-

התדר המינמאלי=8.064K הרץ

התדר המקסימאלי=11.36Kהרץ.

*** התדר המינימאלי -מהתדר המקסימאלי=2*סטיית התדר המירבית

על סמך זה יוצא לנו שסטית התדר המירבית שווהל-1.649K הרץ.

מסקנות:-

- האות המאופנן FM בעזרת אות רבועי, הנו אות סינוסי בשני תדרים שונים,בהתאם לשינוי רמות המתח של אות המידע.

-האות המאופנן בעזרת אות סינוסאוידאלי, האות המאפנון שמקבלים הינו אות מורכב מאינסוף הרמוניות ובתדרים שוינים.

-VCO הנו מתנד מבוקר מתח שמאפנן את האותות בכל סוגן והתוצאות שמקבלים הם אחלה של תוצאות,שאפשר לצפות בתוצאות בעזרת משקף התנודות.

-בעזרת משבצות שמחלקות את מסך משקף התנודות אפשר לקרוא את האות שמקבלים,ואפשר לגלות את מאפינו.

ניסוי מס'- 6-

אפנון תנופה:-

מטרת הניסוי:-
אפנון אות מידע אפנון תנופה וגילוי האות באופן מעשי בעזרת מערכת התקשורת ומשקף התנודות.

רקע תיאוריטי:-

אפנון תנופה:-

אפנון משרעת או אפנון תנופה (אמפליטודה) (AM; Amplitude Modulation) הוא שיטת שידור לשם העברת מידע המורכב על גבי גלים אלקטרומגנטיים בתדר רדיו כך שמשרעת (עוצמת) הגל המשודר משתנה בתלות במידע, בעוד תדר הגל נשאר ללא שינוי. בדרך כלל תדירות הגל הנושא גבוהה יותר מהתדירות של המידע המורכב עליו. שיטה זו נועדה בעיקר להפצת אותות שמע אלחוטיים, אך ניתן להעביר בה גם צפנים ונתונים. שיטה זו נפוצה בשידורי הרדיו בתחום הגלים הארוכים, הבינוניים והקצרים.

אפנון משרעת מתבצע על ידי הכפלת האות לשידור באות קוסינוס בתדר מסוים (הגל הנושא). במישור התדר האות מכיל שתי אונות צד סימטריות (זהו גל המידע), בתדרים שמעל ומתחת לתדר הגל הנושא. אפנון AM מתבצע במשדר על ידי הכנסת אות השידור והגל הנושא למיקסר RF (ערבל תדר רדיו). במקלט מתבצעת פעולת הגילוי והפענוח של המידע הנקלט, שהיא הפרדת המידע מהגל הנושא אותו. פעולה זו מבוצעת לרוב על ידי יישור הגל (קטימת מחצית הגל המיותרת), לרוב על ידי שימוש בדיודה. פעולת הסינון נעשית לרוב על ידי שימוש בקבל או במערכות מבוססות קבלים.

דיגרמת מלבנים של אות מאופנן:-

מכשירים שנשתמש:-

ערכת תקשורת:

 משקף התנודות: אפשרות הצגת אותות במישור הזמן

 

מהלך הניסוי:-

אנו צריכים לחבר את המעגל המתואר בדיגרמת המלבנים הנ"ל, אבל קודם כל אנו מחברים את מערכת התקשורת למקור מתח מכוונים את משקף התנודות לערוץ הרצוי (CH1),מחברים את המתח הישרDC ל-g הכניסה השנייה של המסכם שהו מהווה בעצם את תנופת הגל הנושא ובכניסה הראשונה G מחברים את את אות המידע שמקבלים ממאסטר סיגנאל בערכת התקשורת בעל תדר של 2K הרץ, מכוונים את שני הבוררים של המסכם G וg כך שנקבל אות בעל עוצמה של 1V. מחברים מוצא המסכם לערוץ 1.

 

אות מחובר:-

 

עכשיו אנו מחברים אות סינוסי בעל עוצמה של 1V ותדר של 100K הרץ לכניסה הראשונה של המכפל, ובכניסה השנייה מחברים אות שבמוצא המסכם.

ואחר כך מחברים את המוצא של המכפל לערוץ 2 על מנת לצפות באות מאופנן AM על מסך משקף התנודות.

 

****אות מאופנן זה הנו מאופנן אפנון מלא כיוון ש-AM=AC=1 אז מקדם האפנון הינו m=1.אות המידע שלנו מתלבשת מאוד טוב על המעטפת.

 

 

יצירת אות מאופנן בעזרת אות דיבור:-

במצב זה מנתקים את האות המידע הסינוסי שבכניסה A של המסכם ומחברים במקומו את יציאת המיקרופון, ומדברים במיק ,וצופים במסך משקף התנודות.

 וזה מה שמקבלים:-

 

 

מחברים בחזרה את אות המידע.צופים במסך משקף התנודות, אך הפעם משנים את עוצמת אות המידע, בעזרת סיבוב בורר ההגבר של כניסה A ימינה ושמאלה, צופים במסך ומבחינים בהשפעת שינוי זה על האות המאופנן.

 

וזו היא התוצאה:-

אם מוסובבים את הבורר עד מקסימום שמאלה אות המידע נעלם ווהאות שצופים הנו אות הגל הנושא.

 

ואם מסובבים אותו  עד למקסימום ימינה מקבלים אות מאופנן  אפנון יתר כיוון שמקדם האפנון גדול מ-1.

 

 

 גילוי האות המאופנן בעזרת מקלט AM:-

על מנת לגלות את המידע מחברים את מוצא המכפל-האות המאופנן- לכניסת מעגל הקטימה שהוא בעצם דיודה,במוצא מעגל זה אנו מקבלים אות קטום חיובי, אות זה מכניסים למסנן מעביר נמוכים מסדר ראשון על מנת להעביר אות המידע שבתדר נמוך.

 מוצא מעגל הקטימה:-

 

 

מוצא המסנן:-

 

 גילוי אות המידע כאשר

m=1

האות שגלינו ממש זהה לאות המידע במבוא המשדר.

 

אבל במצב  שבו m>1 :-

 *השוואה בין אות המגולה לבין אות מאופנן,יכולים לראות שהאות המגולה זהה במידה קטנה את המעטפת של האות המאופנן.

 

מסקנות:-

לפי השינוים שבצענו בעוצמת אות המידע שמשנה באופן אוטמתי את מקדם האפנון ,הסקתי כי מקסימום מקדם האפנון יכול להיות-1, ערך זה מבטיח אפנון טוב וגילוי אות משובח.

כאשר מקדם האפנון בדיוק שווה ל-1 או קטן ממנו אות המגולה דומה אות המאופנן כי יש לשניהם אותו תדר של אות מאופנן.

אבל כאשר מקדם האפנון גדול מ-1,האות שמגלים אינו זהה 100% לאות המידע, כיוון שבמצב זה בוצע אפנון יתר,והאות שגלינו אינו זהה למעטפת של האות המאופנן.

הצפייה  באופנון אות הדיבור שלנו היה מאוד כיפי ומעניין לראות איך זה  מממש את דברי הרקע התיאורטי שלמדתי,וזה כלו בזכות מערכת התקשורת המדהימה שיש לנו.

ניסוי מס'-5

מטרת הניסוי :- בידקת השפעת חדות המסנן על נאמנות השחזור

מהו מסנן מעביר נמוכים-(Low pass filter):-
זהו מעגל המעביר תדרים נמוכים וחוסם את התדרים הגבוהים. בדרך כלל המימוש של המעגל הוא באמצעות מעגל RC (נגד-קבל) או RL (נגד סליל) או שילוב של שניהם.
באמצעות המסנן נוכל לדחות הפרעות של תדרים גבוהים, לדוגמא: כאשר אנו מעוניינים להעביר צליל דרך מיקרופון ולחסום רעשים בתדרים גבוהים שאינם רצויים. יתר על כן, ניתן לחסום הרמוניות במעגלי משדר-מקלט באמצעות מסנן זה.

First-order filter – מסנן ראשון בסדרה של מסננים – מסנן יותר במדויק. לדוגמא: הוא יקטין את אמפליטודת אות הכניסה בחצי בכל פעם שהתדירות מוכפלת.Second-order filter – מסנן שני בסדרה של מסננים – מפחית את העוצמה של תדירויות גבוהות יותר בתלילות. לדוגמא: הוא יקטין את אמפליטודת אות הכניסה ברבע בכל פעם שהתדירות מוכפלת.

היגב קבל משתנה בהתאם לתדירות המתח שעל הדקי הקבל. בתדרים נמוכים היגב הקבל (Xc) יהיה גדול מאוד יחסית לנגד R וכתוצאה מכך יהיה מתח על הקבל (Vc). ככל שהמתח על הנגד (Vr) יהיה קטן יותר, המתח על הקבל יהיה גדול יותר (לפי חוק אום). בתדירויות גבוהות המתח על הנגד יהיה גדול יותר ואילו על הקבל המתח יהיה קטן יותר – וכך בעצם השגנו חסימה של התדרים הגבוהים.

 היגב הקבל :-   

 

עכבה: עכבה הינה התנגדות לעליית הזרם במעגל מתח חילופין AC ומסומנת באות Z.

הנוסחא הסופית:

תגובת התדר:
הקשר בין מתח המוצא לתדירות הכניסה נקרא תגובת התדר או Bode Plot.

Fc הינו התדר הגבוה ביותר (cut-off frequency) – אשר מעליו האות "נחתך".

אופיין מסנן:-

גרף כחול רצוי,גרף ירוק לא רצוי.

מהלך הניסוי:-

המעגל הינו אותו המעגל של ניסוי מס'3

אך אנו מתכננים שני מסננים,אחד מסדר ראשון,ואחד מסדר שני,תכנון שני המסננים בעזרת קופסת התמסורת:-

-פונקציית התמסורת שמממשת את תפקיד מעביר הנמוכים מסדר ראשון תראה בצורה הבא:

      

תוצאות:-

עבור מסנן מסדר ראשון:

עבור מסנן מסדר שני:-

מסקנות:-

בניסוי הזה אנו שינינו פרמטר אחד שהוא חדות המסנן ,ששינינו בעזרת שינוי התמסורת בהתאם לסוג המסנן.

עבור L.P.F מסדר ראשון קבלנו אות משוחזר בצורה מקובלת יחסית לאות המשודר(הירוק בגרף),במקביל יש לנו האות המשוחזר בעזרת P.F.L מסדר שני,שחזור אות זה הינו נחשב לשחזור נאמן איכותי ,כיוון שהאות המשוחזר זהה כמעט100% לאות שבמבוא המשדר.

אזי,כן חדות המסנן משפיעה על נאמנות השחזור של האות במקלט, כך שהשחזור בעזרת מסנן מעביר נמוכים מסדר שני אמין יותר בהשוואה עם אות משוחזר בעזרת מסנן מעביר נמוכים מסדר ראשון.

 

ניסוי מס'-4

מטרת הניסוי:-

השפעת תדר הדגימה על נאמנות שחזור האות שבמבוא המשדר.

מבוא:

תדר נייקוויסט

בתורת הדגימה, תדר נייקוויסט (על שם הארי נייקוויסט, מהתורמים הראשיים לתורת האינפורמציה) הוא התדר המקסימלי שניתן לשחזור כאשר דוגמים מידע אנלוגי בקצב דגימה נתון.

על פי משפט הדגימה של נייקוויסט-שאנון, כאשר דוגמים אות אנלוגי בתדר דגימה מסוים f, האות הדגום ייצג נאמנה את האות הנדגם ויאפשר שחזור מדויק שלהם, עבור תדרים שהם לכל היותר f/2. אם האות הנדגם מכיל תדרים גבוהים מתדר נייקוויסט, תתרחשנה טעויות דגימה, ובאות הדגום יופיע בטעות בתדרים נמוכים מידע שהיה במקור בתדרים גבוהים.

על מנת לאפשר שחזור מדויק של אות שנדגם בתדר דגימה המינימלי הנדרש כדי שתדר נייקוויסט ישתווה לתדר המקסימלי של האות הדגום, יש צורך בשימוש במסנן אידאלי אשר איננו ניתן למימוש מעשי. על כן, נהוג לדגום אותות בקצב גבוה מהנדרש על פי תדר נייקוויסט.

בניית המעגל:

המעגל שבניתי הינו אותו  מעגל של ניסוי מס'-3,משום שניסוי זה הינו מתוכנן על סמך הניסוי הקודם  אך הפעם אנו משנים פרמטיר אחד והוא תדר הדגימה ובודקים את השפעתו על נאמנות השחזור.

אך הפעם אני שניתי ערך הקבל ,כך שהתאמתי אותו לכל ערכי תדרי  הדגימה שאני הולכת לבדוק אותן בניסוי הזה.אני בודקת תדריי דגימה גבוהים  יחסית לתדר נייקויסט,מה שקורה בעצם בתדר  גבוהה הוא שכמובן זמן המחזור של הדגימה קטן  הקבל לא מספיק  להיטען בכדי שישמור את הדגימה הנוכחית עד לדגימה השניה, האות שאנו מקבלים הינו בעצם רבע אות בגלל שתוכנית ההדמיה לא מספיקה להגיב כי רכבת ההלמים מהירה מאוד.                                                       

מהלך הניסוי:-

בדיקת השפעת תדר הדגימה על נאמנות האות שחזור מתבצעת על ידי השואה בין האותות המתקבלות תדרים שונים מתדרי ניקויסט:-

1. תדר דגימה קטן מתדר נייקויסט
2. תדר דגימה שווה לתדר נייקויס
3. תדר דגימה גדול מתדר נייקויס, וגם תדר דגימה גדול בהרבה מתדר נייקויסט.

אנו בחרנו בערכי תדרי הדגימה הבאים :-

F_s=5kH_z

עבור תדר דגימה קטן מכפול תדר אות המידע אנו מקבלים אות משוחזר בפחות נאמנות ,ואז אנו מקבלים אות שאינו זהה לאות המקורי שהכנסנו למשדר.

F_s=9kH_z

תדר הדגימה עדיינו קטן מכפול התדר המקסימאלי של האות המקורי ,לכן האות המשוחזר שקבלנו אינו זהה לאות שבמבוא המשדר.

F_s=10kH_z

                          

במצב זה תדר הדגימה הינו אותו ערך של התדר המקסימאלי של אות המידע ,האות המשוחזר שבמוצא המקלט הינו זהה במידה טובה אבל אינו זהה100% לאות שבמבוא המשדר,ערכי האות קצת שונים מערכי האות המקורי ועוד יש הפרשי זמן בין שניהם.

F_s=12kH_z

האות המשוחזר שקבלנו במוצא המקלט זהה במידה גדולה לאות שבמבוא הממשדר. מצב זה טוב למרות הפרשי הזמנים הבולטים.

F_s=15kH_z

האות שקבלנו עבור תדר דגימה זה הינו טוב אבל הינו בזבזני מבחינת רוחב הפס.

שני הגרפים שונים בהרפשי הזמן.

F_s=20kH_z

 האות שקבלנו עבור תדר דגימה זה הינו טוב אבל הינו בזבזני מבחינת רוחב הפס.

שני הגרפים שונים בהרפשי הזמן.

F_s=50kH_z

עבור תדר דגימה זה טוב מאוד כך שהאות שמתקבל במוצא המקלט הינו דומה לגמרי לאות במבוא המשדר ,השונה היחיד שיש בין שני הגרפים הינו תוצאה מזמן ההשהיה  של כל המכשירים שבן המשדר עד למקלט (זמן תגובה).

אבל החסרון שיש הוא בזבוז ברוחב הפס.

F_s=100kH_z

עבור תדר דגימה זה טוב מאוד כך שהאות שמתקבל במוצא המקלט הינו דומה לגמרי לאות במבוא המשדר ,השונה היחיד שיש בין שני הגרפים הינו תוצאה מזמן ההשהיה  של כל המכשירים שבן המשדר עד למקלט (זמן תגובה).

אבל החסרון שיש הוא זבוז ברוחב הפס.

מסקנות,:-

לפי הבדיקות הנ"ל בשלושת המצבים השונים אני קבלתי שלוש מסקנות:-

1-     תדר קטן מתדר ניקויסט:-

האות המשוחזר במוצא המקלט אינו זהה לאות  שבמבוא המשדר,כיוון שלא עושים מספיק דגימות במחזור שלם של אות המידע.

2-     תדר שווה בדיוק לתדר ניקויסט:-

האות המשוחזר שבמוצא המקלט הינו זהה במידה טובה אבל אינו זהה100% לאות שבמבוא המשדר,ערכי האות קצת שונים מערכי האות המקורי ועוד יש הפרשי זמן בולטים בין שניהם.

3-     תדר גדול מתדר ניקויסט:-

האות המתקבל במוצא המקלט הינו זהה לגמרי לאות המשודר,אבל החסרון של תדר דגימה הגבוה יותר מדי שהוא בזבזני מבחינת רוחב הפס.

על סמך המקנות הנ"ל אפשר להסיק כי התדר האיכותי לדגימת אות אנלוגי הוא הגדול מעט יותר מכפליים מתדר המידע.

בעזרת תוכנית ההדמיה "מולטיזים" אנו יכלנו לאמת את משפט ניקויסט .