Как найти ширину полосы частот

Практически
все электрические сигналы, отображающие
реальные сообщения содержат бесконечный
спектр частот. Для неискажённой передачи
таких сигналов потребовался бы канал
с бесконечной полосой пропускания. С
другой стороны, потеря на приёме хотя
бы одной составляющей спектра приводит
к искажению временной формы сигнала.
Поэтому ставится задача передавать
сигнал в ограниченной полосе пропускания
канала таким образом, чтобы искажения
сигнала удовлетворяли требованиям и
качеству передачи информации. Таким
образом, полоса частот – это ограниченный
(исходя из технико-экономический
соображений и требований к качеству
передачи) спектр сигнала.

Ширина
полосы частот ΔF определяется разностью
между верхней FВ и
нижней FН частотами
в спектре сообщения, с учётом его
ограничения. Так, для периодической
последовательности прямоугольных
импульсов полоса сигнала ориентировочно
может быть найдена из выражения:

,
(2.1)

где
tn –
длительность импульса.

1.Первичный
телефонный сигнал
 (речевое
сообщение), называемый также абонентским,
является нестационарным случайным
процессом с полосой частот от 80 до 12 000
Гц. Разборчивость речи определяется
формантами (усиленные области спектра
частот), большинство которых расположено
в полосе 300 … 3400 Гц. Поэтому по рекомендации
Международного консультативного
комитета по телефонии и телеграфии
(МККТТ) для телефонной передачи принята
эффективно передаваемая полоса частот
300 … 3400 Гц. Такой сигнал называется
сигналом тональной частоты (ТЧ). При
этом качество передаваемых сигналов
получается достаточно высоким – слоговая
разборчивость составляет около 90%, а
разборчивость фраз – 99% [3].

2.Сигналы
звукового вещания
.
Источниками звука при передаче программ
вещания являются музыкальные инструменты
или голос человека. Спектр звукового
сигнала занимает полосу частот 20…20000
Гц.

Для
достаточно высокого качества (каналы
вещания первого класса) полоса частот
∆FC должна
составлять 50…10000 Гц, для безукоризненного
воспроизводства программ вещания
(каналы высшего класса) – 30…15000 Гц.,
второго класса – 100…6800 Гц [2].

3.
В вещательном телевидении
 принят
метод поочередного преобразования
каждого элемента изображения в
электрический сигнал с последующей
передачей этого сигнала по одному каналу
связи. Для реализации такого принципа
на передающей стороне применяются
специальные электронно-лучевые трубки,
преобразующие оптическое изображение
передаваемого объекта в развернутый
во времени электрический видеосигнал.

Рисунок
2.1 – Конструкция передающей трубки

В
качестве примера на рисунке 2.1 представлен
в упрощенном виде один из вариантов
передающей трубки. Внутри стеклянной
колбы, находящейся под высоким вакуумом,
расположены полупрозрачный фотокатод
(мишень) и электронный прожектор (ЭП).
Снаружи на горловину трубки надета
отклоняющая система (ОС). Прожектор
формирует тонкий электронный луч,
который под воздействием ускоряющего
поля направляется к мишени. При помощи
отклоняющей системы луч перемещается
слева направо (по строкам) и сверху вниз
(по кадру), обегая всю поверхность мишени.
Совокупность всех (N) строк называется
растром. На мишень трубки, покрытую
светочувствительным слоем, проецируется
изображение. В результате каждый
элементарный участок мишени приобретает
электрический заряд. Образуется так
называемый  потенциальный рельеф.
Электронный луч, взаимодействуя с каждым
участком (точкой) потенциального рельефа,
как бы стирает (нейтрализует) ее потенциал.
Ток, который течет через сопротивление
нагрузки Rн,
будет зависеть от освещенности участка
мишени, на который попадает электронный
луч, и на нагрузке выделится видеосигнал
Uс (рисунок
2.2). Напряжение видеосигнала будет
изменяться от уровня  «черного»,
соответствующего наиболее темным
участкам передаваемого изображения,
до уровня «белого», соответствующего
наиболее светлым участкам изображения.


Рисунок
2.2 – Форма телевизионного сигнала на
временном интервале, где отсутствуют
кадровые импульсы.

Если
уровню «белого» будет соответствовать
минимальное значение сигнала, а уровню
«черного» – максимальное, то
видеосигнал будет негативным (негативной
полярности). Характер видеосигнала
зависит от конструкции и принципа
действия передающей трубки.

Телевизионный
сигнал является импульсным однополярным
(так как он является функцией яркости,
которая не может быть разнополярной)
сигналом. Он имеет сложную форму, и его
можно представить в виде суммы постоянной
и гармонических составляющих колебаний
различных частот.
Уровень постоянной
составляющей характеризует среднюю
яркость передаваемого изображения. При
передаче подвижных изображений величина
постоянной составляющей будет непрерывно
меняться в соответствии с освещенностью.
Эти изменения происходят с очень низкими
частотами (0-3 Гц). С помощью нижних частот
спектра видеосигнала воспроизводятся
крупные детали изображения.

Телевидение,
равно как и световое кино, стало возможным
благодаря инерционности зрения. Нервные
окончания сетчатки глаза продолжают
ещё какое-то время оставаться возбуждёнными
после прекращения действия светового
раздражителя. При частоте смены кадров
Fк ≥
50 Гц глаз не замечает прерывистости
смены изображения. В телевидении время
считывания всех N строк (время кадра –
Tк)
выбирается равным Tк =  с.
С целью уменьшения мерцания изображения
используется чересстрочная развертка.
Вначале за время полукадра, равное
Тп/к =  =  с,
считываются поочередно все нечетные
строки, затем, за такое же время – все
четные строки. Частота спектра видеосигнала
получится при передаче изображения,
представляющего собой сочетание светлой
и темной половины растра (рисунок 2.3).
Сигнал представляет собой импульсы
близкие по форме к прямоугольной.
Минимальная частота этого сигнала при
чересстрочной развертке частоте полей,
т.е.

 (2.2)

Рисунок
2.3 – К определению минимальной частоты
спектра частот телевизионного сигнала

С
помощью верхних частот передаются
наиболее мелкие детали  изображения.
Такое изображение можно представить в
виде чередующихся по яркости мелких
черных и белых квадратов со сторонами,
равными диаметру луча (рисунок 2.4, а),
расположенными вдоль строки. Такое
изображение будет содержать максимальное
количество элементов изображения.


Рисунок
2.4 – К определению максимальной частоты
видеосигнала

Стандарт
предусматривает разложение изображения
в кадре на N = 625 строк. Время прочерчивания
одной строки (рис. 2.4, б) будет равно .
Меняющийся по строке сигнал получится,
когда чередуются чёрные и белые
квадратики. Минимальный период сигнала
будет равен времени считывания пары
квадратов:

 ,
(2.3)

где
nпар 
число пар квадратов в строке.

Число
квадратов (n) в строке будет равно:

 (2.4)

где  –
формат кадра,

b
– ширина, h – высота поля кадра.

Тогда  ;
(2.5)

Формат
кадра принимается равным к=4/3. Тогда
верхняя частота сигнала Fв будет
равна:

 (2.6)

При
передаче 25 кадров в секунду с 625 строками
в каждом номинальное значение частоты
разложения по строкам (частота строк)
равно 15.625 кГц. Верхняя частота
телевизионного сигнала будет равна 6.5
МГц.

Согласно
принятому в нашей стране стандарту
напряжение полного видеосигнала UТВ,
состоящего из импульсов синхронизации
UC,
сигнала яркости и гасящих импульсов
UP составляет
UТВ =
UP +
UC=1В.
При этом UC =
0.3 UТВ,
а UP =0.7
UТВ.
Как видно из рисунка 2.10 сигнал звукового
сопровождения располагается выше по
спектру (fнЗВ =
8 МГц) видеосигнала. Обычно сигнал видео
передаётся посредством амплитудной
модуляции (АМ), а сигнал звука – частотной
(ЧМ).

Иногда,
в целях экономии полосы канала верхняя
частота видеосигнала ограничивается
значением Fв = 6.0 МГц, а несущая звука
передаётся на частоте fнзв =
6.5 МГц.


Рисунок
2.5 – Размещение спектров сигналов
изображения и звука в радиоканале
телевизионного вещания.

3.
Факсимильные сигналы.
 Факсимильная
(фототелеграфная) связь – это передача
неподвижных изображений (рисунков,
чертежей, фотографий, текстов, газетных
полос и так далее). Устройство преобразования
факсимильного сообщения (изображения)
преобразовывает световой поток,
отражаемый от изображения, в электрический
сигнал (Рисунок 2.1)


Рисунок
3.1 — Функциональная схема факсимильной
связи

Где
1 – канал факсимильной связи; 2 – привод,
синхронизирующие и фазирующие устройства;
3 – передающий барабан, на который
помещается оригинал передаваемого
изображения на бумажном носителе; ФЭП
– фотоэлектронный преобразователь
отражённого светового потока в
электрический сигнал; ОС – оптическая
система для формирования светового
луча.

При
передаче чередующихся по яркости
элементов сигнал приобретает вид
импульсной последовательности. Частоту
следования импульсов в последовательности
называют частотой рисунка. Максимального
значения частота рисунка, Гц, достигает
при передаче изображения, элементы и
разделяющие их промежутки которого
равны размерам развертывающего луча:

Fрисmax =
1/(2τu)
(3.1)

где
τu –
длительность импульса, равная длительности
передачи элемента изображения, которую
можно определить через параметры
развертывающего устройства.

Так,
если π·D – длина строки, а S – шаг развертки
(диаметр развертывающего луча), то в
строке π·D/S элементов. При N оборотах в
минуту барабана, имеющего диаметр D,
время передачи элемента изображения,
измеряемое в секундах:

 (3.2)

Минимальная
частота рисунка (при изменении по
строке), Гц, будет при развертке
изображения, содержащего по длине строки
черную и белую полосы, равные по ширине
половине длины строки. При этом

Fpuс
min
 =
N/60, (3.3)

Для
выполнения удовлетворительной по
качеству фототелеграфной связи достаточно
передавать частоты от Fрис
min
 до
Fрис
max
.
Международный консультативный комитет
по телеграфии и телефонии рекомендует
для факсимильных аппаратов N = 120, 90 и 60
об/мин; S = 0.15 мм; D = 70 мм. Из (2.13) и (2.14)
следует, что при N = 120 Fрис
max
 =
1466 Гц; Fрис
min
 =
2 Гц; при N =60 Fрис
max
=
733 Гц; Fрис
min
 =
1 Гц; Динамический диапазон факсимильного
сигнала составляет 25 дБ.

Телеграфные
сигналы и сигналы передачи данных.
Сообщения и сигналы телеграфии и передачи
данных относятся к дискретным.

Устройства
преобразования телеграфных сообщений
и данных представляют каждый знак
сообщения (букву, цифру) в виде определённой
комбинации импульсов и пауз одинаковой
длительности. Импульс соответствует
наличию тока на выходе устройства
преобразования, пауза – отсутствию
тока.

Для
передачи данных используют более сложные
коды, которые позволяют обнаруживать
и исправлять ошибки в принятой комбинации
импульсов, возникающие от действия
помех.

Устройства
преобразования сигналов телеграфии и
передачи данных в сообщения по принятым
комбинациям импульсов и пауз восстанавливают
в соответствии с таблицей кода знаки
сообщения и выдают их на печатающее
устройство или экран дисплея.

Чем
меньше длительность импульсов,
отображающих сообщения, тем больше их
будет передано в единицу времени.
Величина, обратная длительности импульса,
называется скоростью телеграфирования:
В = 1/τи,
где τи –
длительность импульса, с. Единицу
скорости телеграфирования назвали
бодом. При длительности импульса τи =
1 с скорость В = 1 Бод. В телеграфии
используются импульсы длительностью
0.02 с, что соответствует стандартной
скорости телеграфирования 50 Бод. Скорости
передачи данных существенно выше (200,
600, 1200 Бод и более).

Сигналы
телеграфии и передачи данных обычно
имеют вид последовательностей
прямоугольных импульсов (рисунок 1.4).

При
передаче двоичных сигналов достаточно
зафиксировать только знак импульса при
двуполярном сигнале либо наличие или
отсутствие – при однополярном сигнале.
Импульсы можно уверенно зафиксировать,
если для их передачи используется ширина
полосы частот, численно равная скорости
передачи в бодах. Для стандартной
скорости телеграфирования 50 Бод ширина
спектра телеграфного сигнала составит
50 Гц. При скорости 2400 Бод (среднескоростная
система передачи данных) ширина спектра
сигнала равна примерно 2400 Гц.

Средняя
мощность сообщений
 РСР определяется
путем усреднения результатов измерений
за большой промежуток времени.

Средняя
мощность, которую развивает случайный
сигнал s(t) на резисторе сопротивлением
1 Ом:

 (3.4)

Мощность,
заключённую в конечной полосе частот
между ω1 и
ω2,
определяют интегрированием функции
G(ω) β соответствующих пределах:

 (3.5)

Функция
G(ω) οредставляет собой спектральную
плотность средней мощности процесса,
то есть мощность, заключённую в бесконечно
малой полосе частот.

Для
удобства расчетов мощность обычно
дается в относительных единицах,
выраженных в логарифмической форме
(децибелах, дБ). В этом случае уровень
мощности:

,
(3.6)

Если
эталонная мощность РЭ=1
мВт, то рх называют
абсолютным уровнем и выражают в дБм. С
учетом этого абсолютный уровень средней
мощности:

,
(3.7)

Пиковая
мощность рпик 
%) – ύто такое значение мощности сообщения,
которое может превышаться в течение ε
% времени.

,
(3.8)

Пик-фактор
сигнала определяется отношением пиковой
мощности к средней мощности сообщения,
дБ,

,
(3.9)

Из
последнего выражения, поделив числитель
и знаменатель на РЭ,
с учетом (3.7) и (3.9) определим пик-фактор
как разность абсолютных уровней пиковой
и средней мощностей:

,
(3.10)

Под
динамическим диапазоном D (ε%) понимают
отношение пиковой мощности к минимальной
мощности сообщения Рmin.
Динамический диапазон, как и пик-фактор,
принято оценивать в дБ:

,
(3.11)

Средняя
мощность сигнала тональной частоты,
измеренная в час наибольшей нагрузки
(ЧНН), с учётом сигналов управления –
набора номера, вызова и так далее –
составляет 32 мкВт, что соответствует
уровню (по сравнению с 1 мВт) pср =
–15 дБм

Максимальная
мощность телефонного сигнала, вероятность
превышения которой пренебрежимо мала,
равна 2220 мкВт (что соответствует уровню
+3.5 дБм); минимальная мощность сигнала,
который еще слышен на фоне шумов, принята
равной 220000 пВт (1 пВт = 10-12 мВт),
что соответствует уровню – 36. 5 дБм.

Средняя
мощность РСР сигнала
вещания (измеренная в точке с нулевым
относительным уровнем) зависит от
интервала усреднения и равна 923 мкВт
при усреднении за час, 2230 мкВт – за
минуту и 4500 мкВт – за секунду. Максимальная
мощность сигнала вещания 8000 мкВт.

Динамический
диапазон DC сигналов
вещания составляет для речи диктора
25…35 дБ, для инструментального ансамбля
40…50 дБ, для симфонического оркестра до
65 дБ.

В
соответствии с рекомендацией МККТТ
мощность допустимых помех не должна
превышать РП =
4000 пВт.

Первичные
дискретные сигналы обычно имеют вид
прямоугольных импульсов постоянного
или переменного тока, как правило, с
двумя разрешёнными состояниями (двоичные
или двухпозиционные).

Скорость
модуляции определяется количеством
единичных элементов (элементарных
посылок), передаваемых в единицу времени,
и измеряется в бодах:

В
= 1/τи ,
(3.12)

где
τи –
длительность элементарной посылки.

Скорость
передачи информации определяется
количеством информации, передаваемой
в единицу времени, и измеряется в бит/с:

,
(3.13)

где
М – число позиций сигнала.

В
двоичных системах (М=2) каждый элемент
несет 1 бит информации, поэтому согласно
(3.12) и (3.13):

Сmax =В,
бит/с (3.13)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Ширина полосы частот

Предмет
Электроника, электротехника, радиотехника

Разместил

🤓 MaryjUyen

👍 Проверено Автор24

разность между верхним и нижним пределами полосы частот.

Научные статьи на тему «Ширина полосы частот»

Расчёт основных характеристик системы цифровой связи

Данный процесс допускает снижение требований по отношению к полосе частот или памяти, которые связаны…
графиков квадратурного, синфазного сигналов, а также кодовой последовательности),
непрерывного канала (ширина
частотной полосы, мощность помех, средняя мощность сигнала, пропускная способность, эффективность использования…
= (2.3…2.4)Fв
где Fв — верхняя частота….
= No • n • fo
Длительность управляющих канальных импульсов:
tи = Тк / 3,5
Последней рассчитывается полоса

Автор24

Статья от экспертов

ОБНАРУЖЕНИЕ НЕИЗВЕСТНОГО СКАЧКООБРАЗНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ ГАУССОВСКОГО ПРОЦЕССА

Предложен максимально правдоподобный алгоритм обнаружения разладки ширины полосы частот быстрофлуктуирующего гауссовского случайного процесса, допускающий техническую реализацию, существенно более простую по сравнению с получаемыми на основе известных подходов. С использованием мультипликативно-аддитивной локально-марковской аппроксимации решающей статистики и ее приращений представлена методика расчета характеристик синтезированного обнаружителя и записаны замкнутые аналитические выражения для вероятностей ошибок 1-го и 2-го рода. Установлено, что алгоритм обнаружения разладки обеспечивает лучшее качество функционирования при скачкообразном увеличении ширины полосы частот по сравнению со случаем ее скачкообразного уменьшения. С помощью статистического моделирования подтверждено, что рассмотренная методика статистического анализа резкопротекающих случайных процессов, характеристики которых описываются ступенчатыми функциями, является работоспособной, а аналитические формулы, описыва…

Расчет радиоприемного устройства

Диапазон частот сигналов….
Расчет полосы пропускания. Выбор усилительных элементов….
Данный расчет состоит из выбора типа схемы радиоприемника, выбора промежуточной частоты, расчета полосы
Расчет полосы пропускания радиоприемника заключается в расчете ширины спектра принимаемого радиосигнала…
, представляющей собой частоту, на которой модуль коэффициента передачи равен единице.

Автор24

Статья от экспертов

Ширина полосы частот рефрактора плазменной антенны с приосевым каналом, свободным от плазмы

Излагаются основные положения методического подхода и приводятся результаты оценки ширины рабочей полосы частот рефрактора перспективной плазменной антенны космического базирования. В основе использованного методического подхода строгое решение задачи возбуждения рефрактора изотропным источником первичного излучения в скалярной постановке

Повышай знания с онлайн-тренажером от Автор24!

  1. Напиши термин
  2. Выбери определение из предложенных или загрузи свое
  3. Тренажер от Автор24 поможет тебе выучить термины с помощью удобных и приятных
    карточек

Полоса частот

Полоса частот
О полосе пропускания в цифровой технике см. Скорость передачи информации

Полоса пропускания — диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.

Содержание

  • 1 Основные параметры полосы пропускания
    • 1.1 Ширина полосы
    • 1.2 Неравномерность АЧХ
  • 2 Конкретные примеры
  • 3 См. также

Основные параметры полосы пропускания

Основные параметры, которые характеризуют полосу пропускания частот — это ширина полосы пропускания и неравномерность АЧХ в пределах полосы.

Ширина полосы

Ширина полосы обычно определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ, на котором амплитуда колебаний frac{1}{sqrt{2}} (или frac{1}{2} для мощности) от максимальной. Этот уровень приблизительно соответствует -3 дБ.

Ширина полосы пропускания выражается в единицах частоты (например, в Гц).

Расширение полосы пропускания позволяет передать большее количество информации.

Неравномерность АЧХ

Неравномерность АЧХ характеризует степень отклонения от прямой, параллельной оси частот.

Неравномерность АЧХ выражается в децибелах.

Ослабление неравномерности АЧХ в полосе улучшает воспроизведение формы передаваемого сигнала.

Конкретные примеры

В теории антенн полоса пропускания — диапазон частот, при которых антенна работает эффективно, обычно окрестность центральной (резонансной) частоты. Зависит от типа антенны, ее геометрии. На практике полоса пропускания обычно определяется по уровню КСВ (коэффициента стоячей волны). КСВ МЕТР

В оптике полоса пропускания — это величина, обратная к величине уширения импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния в 1 км.

Поскольку даже самый лучший монохроматичный лазер всё равно излучает некоторый спектр длин волн, дисперсия приводит к уширению импульсов при распространении по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. При оценке этого пользуются термином полоса пропускания. Измеряется полоса пропускания (в данном случае) в МГц/км.

Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность передачи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов.

См. также

  • Фильтр (электроника)

Wikimedia Foundation.
2010.

Полезное

Смотреть что такое «Полоса частот» в других словарях:

  • полоса частот — Область частот, ограниченная нижним и верхним пределами [ГОСТ 24375 80] полоса частот Совокупность частот в рассматриваемых пределах [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения… …   Справочник технического переводчика

  • полоса частот — 06.01.16 полоса частот [ frequency band]: Непрерывный набор частот, ограниченный верхним и нижним пределами. Примечание 1 Полоса частот характеризуется двумя значениями, которые определяют ее положение на частотной оси, например, ее нижняя и… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Полоса частот — 1. Область частот, ограниченная нижним и верхним пределами Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 2. Непрерывная полоса частот, заключенная между двумя пределами Употребляется в документе: ГОСТ Р 51317.4.3 99 Устойчивость к радиочастотному… …   Телекоммуникационный словарь

  • полоса частот — dažnių juosta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. frequency band vok. Frequenzband, n rus. полоса частот, f; частотная полоса, f pranc. bande de fréquences, f …   Fizikos terminų žodynas

  • полоса частот — dažnių juosta statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. frequency band vok. Frequenzband, n rus. полоса частот, f pranc. bande de fréquences, f …   Automatikos terminų žodynas

  • полоса частот — dažnių juosta statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Signalų generatoriaus dažnių diapazono dalis, kurioje dažnį galima keisti tolydžiai arba pakopomis. atitikmenys: angl. frequency band vok. Frequenzbereich, n rus. полоса… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • полоса частот (в электросвязи) — полоса частот диапазон частот Область изменения частоты сигнала, ограниченная нижним и верхним пределами. На практике широко применяется определение верхней границы по формуле fниж(n)=3·10n 1 Гц, при этом нижняя граница равна верхней… …   Справочник технического переводчика

  • полоса частот (в вибрации) — полоса частот Совокупность частот в рассматриваемых пределах [ГОСТ 24346 80] Тематики вибрация EN frequency band DE frequenzband FR bande de frequence …   Справочник технического переводчика

  • полоса частот СВЧ диода — Δf/f Δf/f Интервал частот, в котором СВЧ диод, настроенный на заданную частоту, обеспечивает заданные параметры и характеристики в неизменном рабочем режиме. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые приборы Обобщающие термины… …   Справочник технического переводчика

  • полоса частот исходных сигналов — Частотная полоса, занимаемая группой сигналов, используемых для модуляции несущей, до их объединения с несущей в процессе модуляции. В системе видеонаблюдения большая часть сигналов это исходные сигналы. [http://www.vidimost.com/glossary.html]… …   Справочник технического переводчика

  • полоса частот исходящего немодулированного сигнала — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN baseband …   Справочник технического переводчика

Эта статья посвящена концепции теории сигналов и обработки сигналов, измеряемых в герцах. Для использования в вычислениях и сетях, выраженных в битах в секунду, см. Пропускная способность (вычисления) . Чтобы узнать о других значениях, см. Пропускная способность (значения) .

Полоса пропускания основной полосы частот . Здесь ширина полосы равна верхней частоте.

Полоса пропускания — это разница между верхними и нижними частотами в непрерывной полосе частот . Обычно он измеряется в герцах и, в зависимости от контекста, может конкретно относиться к полосе пропускания или полосе пропускания основной полосы частот . Полоса пропускания — это разница между верхней и нижней частотами среза , например, полосового фильтра , канала связи или спектра сигнала . Полоса пропускания основной полосы частот применяется к фильтру нижних частот или сигналу основной полосы частот; ширина полосы равна его верхней граничной частоте.

Полоса пропускания в герцах является центральным понятием во многих областях, включая электронику , теорию информации , цифровую связь , радиосвязь , обработку сигналов и спектроскопию, и является одним из определяющих факторов пропускной способности данного канала связи .

Ключевой характеристикой полосы пропускания является то, что любая полоса заданной ширины может нести один и тот же объем информации , независимо от того, где эта полоса расположена в частотном спектре . Например, полоса 3 кГц может нести телефонный разговор независимо от того, находится ли эта полоса в основной полосе (как в телефонной линии POTS ) или с модуляцией на более высокую частоту.

Обзор

Полоса пропускания является ключевым понятием во многих телекоммуникационных приложениях. В радио связи, например, пропускная способность является диапазоном частот , занимаемый модулированным сигналом несущего . An радио FM приемник тюнер охватывает ограниченный диапазон частот. Государственное агентство (например, Федеральная комиссия по связи в США) может распределять доступную в регионе полосу пропускания между держателями лицензий на вещание, чтобы их сигналы не создавали взаимных помех. В этом контексте пропускная способность также известна как разнос каналов .

Для других приложений есть другие определения. Одним из определений полосы пропускания для системы может быть диапазон частот, в котором система обеспечивает определенный уровень производительности. Менее строгое и более практичное определение будет относиться к частотам, выше которых ухудшаются характеристики. В случае частотной характеристики ухудшение может, например, означать более чем на 3  дБ ниже максимального значения или может означать ниже определенного абсолютного значения. Как и любое определение ширины функции, многие определения подходят для разных целей.

В контексте, например, теоремы дискретизации и частоты дискретизации Найквиста , полоса пропускания обычно относится к полосе пропускания основной полосы частот. В контексте символьной скорости Найквиста или пропускной способности канала Шеннона-Хартли для систем связи это относится к полосе пропускания.

В
Рэлеевская полоса пропускания
простого радиолокационного импульса определяется как величина, обратная его длительности. Например, импульс длительностью в одну микросекунду имеет рэлеевскую полосу пропускания в один мегагерц.

В Основная полоса пропускания определяется как частьспектра сигналав частотной области, которая содержит большую часть энергии сигнала.

ширина полосы x дБ

Амплитудная характеристика полосового фильтра, иллюстрирующая концепцию ширины полосы по уровню –3 дБ при усилении приблизительно 0,707.

В некоторых контекстах ширина полосы сигнала в герцах относится к частотному диапазону, в котором спектральная плотность сигнала (в Вт / Гц или V 2 / Гц) отлична от нуля или превышает небольшое пороговое значение. Пороговое значение часто определяется относительно максимального значения и чаще всего является точкой 3 дБ , то есть точкой, где спектральная плотность составляет половину своего максимального значения (или спектральная амплитуда, в или , составляет 70,7% от максимума). . Эта цифра с более низким пороговым значением может использоваться в расчетах самой низкой частоты дискретизации, которая удовлетворяет теореме выборки .
{ mathrm {V}}{ displaystyle  mathrm {V / { sqrt {Hz}}}}

Полоса пропускания также используется для обозначения полосы пропускания системы , например, в системах фильтров или каналов связи. Сказать, что система имеет определенную полосу пропускания, означает, что система может обрабатывать сигналы с этим диапазоном частот или что система уменьшает полосу пропускания входного белого шума до этой полосы.

Ширина полосы 3 дБ электронного фильтра или канала связи является частью частотной характеристики системы, которая находится в пределах 3 дБ от характеристики на пике, который в случае полосового фильтра обычно находится на его центральной частоте или около нее , а в фильтр нижних частот находится на частоте среза или около нее . Если максимальное усиление составляет 0 дБ, ширина полосы 3 дБ — это частотный диапазон, в котором затухание составляет менее 3 дБ. Затухание на 3 дБ также происходит там, где мощность составляет половину максимальной. Это же соглашение об усилении половинной мощности также используется для определения ширины спектра и, в более общем смысле, для таких функций, как полная ширина на полувысоте (FWHM).

В конструкции электронного фильтра спецификация фильтра может требовать, чтобы в пределах полосы пропускания фильтра номинальное усиление составляло 0 дБ с небольшим изменением, например, в пределах интервала ± 1 дБ. В полосе (ах) заграждения требуемое затухание в децибелах превышает определенный уровень, например> 100 дБ. В переходной полосе усиление не указано. В этом случае ширина полосы пропускания фильтра соответствует ширине полосы пропускания, которая в этом примере равна полосе пропускания 1 дБ. Если фильтр показывает колебания амплитуды в полосе пропускания,  точка x дБ относится к точке, где усиление на x  дБ ниже номинального усиления полосы пропускания, а не на x  дБ ниже максимального усиления.

В теории обработки сигналов и управления полоса пропускания — это частота, на которой коэффициент усиления системы с обратной связью падает на 3 дБ ниже пикового значения.

В системах связи при расчетах пропускной способности канала Шеннона – Хартли полоса пропускания относится к полосе пропускания 3 дБ. При расчетах максимальной символьной скорости , частоты дискретизации Найквиста и максимальной скорости передачи данных в соответствии с законом Хартли под шириной полосы понимается частотный диапазон, в котором усиление не равно нулю.

Тот факт, что в эквивалентных моделях основной полосы частот систем связи спектр сигнала состоит как из отрицательных, так и из положительных частот, может привести к путанице в отношении ширины полосы, поскольку они иногда упоминаются только положительной половиной, и иногда можно увидеть такие выражения, как , где — общая ширина полосы (т. е. максимальная ширина полосы пропускания модулированного несущей RF-сигнала и минимальная ширина полосы пропускания физического канала полосы пропускания), и — положительная ширина полосы (ширина полосы основной полосы частот эквивалентной модели канала). Например, для модели сигнала основной полосы частот потребуется фильтр нижних частот с частотой среза, по крайней мере, чтобы оставаться неизменным, а для физического канала полосы пропускания потребуется фильтр полосы пропускания, по крайней мере, для того, чтобы оставаться неизменным.
B = 2 ВтBWWB

Относительная пропускная способность

Абсолютная пропускная способность не всегда является наиболее подходящим или полезным показателем пропускной способности. Например, в области антенн сложность построения антенны, удовлетворяющей заданной абсолютной ширине полосы пропускания, легче на более высокой частоте, чем на более низкой частоте. По этой причине полоса пропускания часто указывается относительно рабочей частоты, что дает лучшее представление о структуре и сложности, необходимых для рассматриваемой схемы или устройства.

Обычно используются два разных показателя относительной пропускной способности: относительная пропускная способность ( ) и относительная пропускная способность ( ). Далее абсолютная полоса пропускания определяется следующим образом:
{ displaystyle B _ { mathrm {F}}}{ displaystyle B _ { mathrm {R}}}

{ displaystyle B =  Delta f = f _ { mathrm {H}} -f _ { mathrm {L}}}

где и — соответственно верхний и нижний пределы частот рассматриваемой полосы.
{ displaystyle f _ { mathrm {H}}}{ displaystyle f _ { mathrm {L}}}

Дробная пропускная способность

Дробная полоса пропускания определяется как абсолютная полоса пропускания, деленная на центральную частоту ( ),
{ displaystyle f _ { mathrm {C}}}

{ displaystyle B _ { mathrm {F}} = { frac { Delta f} {f _ { mathrm {C}}}} .}

Центральная частота обычно определяется как среднее арифметическое верхней и нижней частот, так что,

{ displaystyle f _ { mathrm {C}} = { frac {f _ { mathrm {H}} + f _ { mathrm {L}}} {2}} } а также
{ displaystyle B _ { mathrm {F}} = { frac {2 (f _ { mathrm {H}} -f _ { mathrm {L}})} {f _ { mathrm {H}} + f _ { mathrm {L}}}} .}

Однако центральная частота иногда определяется как среднее геометрическое верхней и нижней частот,

{ displaystyle f _ { mathrm {C}} = { sqrt {f _ { mathrm {H}} f _ { mathrm {L}}}}} а также
{ displaystyle B _ { mathrm {F}} = { frac {f _ { mathrm {H}} -f _ { mathrm {L}}} { sqrt {f _ { mathrm {H}} f _ { mathrm {L}}}}} .}

В то время как среднее геометрическое используется реже, чем среднее арифметическое (и последнее можно предположить, если не указано явно), первое считается более строгим с математической точки зрения. Он более точно отражает логарифмическую зависимость дробной полосы пропускания от увеличения частоты. Для узкополосных приложений разница между двумя определениями незначительна. Версия для среднего геометрического несущественно больше. Для широкополосных приложений они существенно расходятся: средняя арифметическая версия приближается к 2 в пределе, а средняя геометрическая версия приближается к бесконечности.

Фракционная пропускная способность иногда выражаются в процентах от центральной частоты ( полосы пропускания процентов , ),
{ displaystyle % B}

{ displaystyle % B _ { mathrm {F}} = 100 { frac { Delta f} {f _ { mathrm {C}}}} .}

Коэффициент пропускной способности

Коэффициент ширины полосы определяется как отношение верхнего и нижнего пределов полосы,

{ displaystyle B _ { mathrm {R}} = { frac {f _ { mathrm {H}}} {f _ { mathrm {L}}}} .}

Коэффициент пропускной способности может быть обозначен как . Отношение между шириной полосы пропускания и дробной полосой пропускания определяется следующим образом:
{ displaystyle B _ { mathrm {R}}: 1}

{ displaystyle B _ { mathrm {F}} = 2 { frac {B _ { mathrm {R}} -1} {B _ { mathrm {R}} +1}} } а также
{ displaystyle B _ { mathrm {R}} = { frac {2 + B _ { mathrm {F}}} {2-B _ { mathrm {F}}}} .}

Процент полосы пропускания — менее значимая мера в широкополосных приложениях. 100% пропускная способность соответствует соотношению пропускной способности 3: 1. Все более высокие отношения вплоть до бесконечности сжимаются в диапазоне 100–200%.

Коэффициент ширины полосы частот часто выражается в октавах для широкополосных приложений. Октава — это соотношение частот 2: 1, приводящее к этому выражению для числа октав,

{ displaystyle  log _ {2} (B _ { mathrm {R}}) .}

Фотоника

В фотонике термин пропускная способность имеет множество значений:

  • полоса пропускания выхода некоторого источника света, например источника ASE или лазера; полоса пропускания ультракоротких оптических импульсов может быть особенно большой
  • ширина частотного диапазона, который может передаваться некоторым элементом, например оптическим волокном
  • полоса усиления оптического усилителя
  • ширина диапазона какого-либо другого явления, например, отражения, фазового синхронизма нелинейного процесса или некоторого резонанса
  • максимальная частота модуляции (или диапазон частот модуляции) оптического модулятора
  • диапазон частот, в котором может работать какое-либо измерительное оборудование (например, измеритель мощности)
  • скорость передачи данных (например, в Гбит / с) достигается в оптической системе связи; см. пропускную способность (вычисления) .

С этим связано понятие ширины спектральной линии излучения возбужденных атомов.

Смотрите также

  • Пропускная способность (запись в Викисловаре)
  • Расширение полосы пропускания
  • Широкополосный доступ
  • Время нарастания
  • Спектральная эффективность

Заметки

Рекомендации

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти поставщика дисков
  • Как найти длину пересечений отрезков
  • Как найти хорошего смм специалиста инстаграмм
  • Как найти файл форматированный
  • Как найти установленные файлы на андроиде