Konsep "sinyal" dapat ditafsirkan dengan cara yang berbeda. Ini adalah kode atau tanda yang ditransfer ke ruang angkasa, pembawa informasi, proses fisik. Sifat peringatan dan hubungannya dengan kebisingan mempengaruhi desainnya. Spektrum sinyal dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara, tetapi salah satu yang paling mendasar adalah perubahannya dari waktu ke waktu (konstan dan variabel). Kategori klasifikasi utama kedua adalah frekuensi. Jika kita mempertimbangkan jenis sinyal dalam domain waktu secara lebih rinci, di antaranya kita dapat membedakan: statis, kuasi-statis, periodik, berulang, sementara, acak, dan kacau. Masing-masing sinyal ini memiliki sifat spesifik yang dapat mempengaruhi keputusan desain masing-masing.
Jenis sinyal
Statis, menurut definisi, tidak berubah untuk jangka waktu yang sangat lama. Kuasi-statis ditentukan oleh level DC, sehingga perlu ditangani di rangkaian penguat low-drift. Jenis sinyal ini tidak terjadi pada frekuensi radio karena beberapa rangkaian ini dapat menghasilkan level tegangan yang stabil. Misalnya, terus menerusperingatan gelombang amplitudo konstan.
Istilah "quasi-statis" berarti "hampir tidak berubah" dan oleh karena itu mengacu pada sinyal yang berubah sangat lambat dalam waktu yang lama. Ini memiliki karakteristik yang lebih seperti peringatan statis (permanen) daripada peringatan dinamis.
Sinyal berkala
Ini adalah yang berulang persis secara teratur. Contoh bentuk gelombang periodik termasuk sinus, persegi, gigi gergaji, gelombang segitiga, dll. Sifat gelombang periodik menunjukkan bahwa itu identik pada titik yang sama di sepanjang garis waktu. Dengan kata lain, jika garis waktu maju tepat satu periode (T), maka tegangan, polaritas, dan arah perubahan bentuk gelombang akan berulang. Untuk bentuk gelombang tegangan, dapat dinyatakan sebagai: V (t)=V (t + T).
Sinyal berulang
Mereka bersifat kuasi-periodik, sehingga memiliki kemiripan dengan bentuk gelombang periodik. Perbedaan utama antara keduanya ditemukan dengan membandingkan sinyal pada f(t) dan f(t + T), di mana T adalah periode waspada. Tidak seperti peringatan periodik, dalam suara berulang, titik-titik ini mungkin tidak identik, meskipun akan sangat mirip, seperti halnya bentuk gelombang keseluruhan. Peringatan tersebut dapat berisi indikasi sementara atau permanen, yang bervariasi.
Sinyal transien dan sinyal impuls
Kedua jenis ini adalah acara satu kali atauperiodik, di mana durasinya sangat pendek dibandingkan dengan periode bentuk gelombang. Artinya t1 <<< t2. Jika sinyal-sinyal ini bersifat transien, mereka akan dengan sengaja dibangkitkan di sirkuit RF sebagai pulsa atau noise transien. Jadi, dari informasi di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa spektrum fase sinyal memberikan fluktuasi waktu, yang dapat konstan atau periodik.
seri Fourier
Semua sinyal periodik kontinu dapat diwakili oleh gelombang sinus frekuensi dasar dan satu set harmonik kosinus yang dijumlahkan secara linier. Osilasi ini mengandung deret Fourier dari bentuk swell. Gelombang sinus elementer dijelaskan dengan rumus: v=Vm sin(_t), di mana:
- v – amplitudo sesaat.
- Vm adalah amplitudo puncak.
- "_" – frekuensi sudut.
- t – waktu dalam detik.
Periode adalah waktu antara pengulangan peristiwa identik atau T=2 _ / _=1 / F, di mana F adalah frekuensi dalam siklus.
Deret Fourier yang membentuk bentuk gelombang dapat ditemukan jika nilai yang diberikan didekomposisi menjadi frekuensi komponennya baik oleh bank filter selektif frekuensi atau oleh algoritma pemrosesan sinyal digital yang disebut transformasi cepat. Metode membangun dari awal juga bisa digunakan. Deret Fourier untuk setiap bentuk gelombang dapat dinyatakan dengan rumus: f(t)=ao/2+_ -1 [a cos(n_t) + b sin(n_t). Dimana:
- an dan bn –penyimpangan komponen.
- n adalah bilangan bulat (n=1 adalah fundamental).
Amplitudo dan spektrum fase sinyal
Koefisien penyimpangan (an dan bn) dinyatakan dengan menulis: f(t)cos(n_t) dt. Di sini an=2/T, bn =2/T, f(t)sin(n_t) dt. Karena hanya frekuensi tertentu yang hadir, harmonik positif fundamental, yang didefinisikan oleh bilangan bulat n, spektrum sinyal periodik disebut diskrit.
Istilah ao / 2 dalam ekspresi deret Fourier adalah rata-rata f(t) selama satu siklus lengkap (satu siklus) bentuk gelombang. Dalam praktiknya, ini adalah komponen DC. Ketika bentuk gelombang yang dipertimbangkan adalah setengah gelombang simetris, yaitu spektrum amplitudo maksimum sinyal di atas nol, itu sama dengan deviasi puncak di bawah nilai yang ditentukan pada setiap titik dalam t atau (+ Vm=_–Vm_), maka tidak ada komponen DC, jadi ao=0.
simetri bentuk gelombang
Adalah kemungkinan untuk menyimpulkan beberapa postulat tentang spektrum sinyal Fourier dengan memeriksa kriteria, indikator, dan variabelnya. Dari persamaan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa harmonik merambat hingga tak terhingga pada semua bentuk gelombang. Jelas bahwa ada jauh lebih sedikit bandwidth tak terbatas dalam sistem praktis. Oleh karena itu, beberapa harmonik ini akan dihilangkan dengan operasi normal rangkaian elektronik. Selain itu, terkadang ditemukan bahwa yang lebih tinggi mungkin tidak terlalu signifikan, sehingga dapat diabaikan. Ketika n meningkat, koefisien amplitudo an dan bn cenderung menurun. Pada titik tertentu, komponen sangat kecil sehingga kontribusinya terhadap bentuk gelombang dapat diabaikan untuktujuan praktis, atau tidak mungkin. Nilai n di mana ini terjadi sebagian bergantung pada waktu naik kuantitas yang bersangkutan. Periode naik didefinisikan sebagai jumlah waktu yang dibutuhkan gelombang untuk naik dari 10% menjadi 90% dari amplitudo akhirnya.
Gelombang persegi adalah kasus khusus karena memiliki waktu naik yang sangat cepat. Secara teoritis, ini berisi jumlah harmonik yang tak terbatas, tetapi tidak semua yang mungkin dapat didefinisikan. Misalnya, dalam kasus gelombang persegi, hanya ganjil 3, 5, 7. Menurut beberapa standar, reproduksi yang tepat dari gelombang persegi membutuhkan 100 harmonik. Peneliti lain mengklaim bahwa mereka membutuhkan 1000.
Komponen untuk deret Fourier
Faktor lain yang menentukan profil sistem yang dipertimbangkan dari bentuk gelombang tertentu adalah fungsi untuk diidentifikasi sebagai ganjil atau genap. Yang kedua adalah yang di mana f (t)=f (–t), dan untuk yang pertama – f (t)=f (–t). Dalam fungsi genap, hanya ada harmonik kosinus. Oleh karena itu, koefisien amplitudo sinus bn sama dengan nol. Demikian juga, hanya harmonik sinusoidal yang hadir dalam fungsi ganjil. Oleh karena itu, koefisien amplitudo kosinus adalah nol.
Simetri dan kebalikannya dapat memanifestasikan dirinya dalam beberapa cara dalam bentuk gelombang. Semua faktor ini dapat mempengaruhi sifat deret Fourier dari tipe swell. Atau, dalam hal persamaan, istilah ao bukan nol. Komponen DC adalah kasus asimetri spektrum sinyal. Offset ini dapat sangat mempengaruhi elektronik pengukuran yang digabungkan ke tegangan yang tidak bervariasi.
Stabilitas dalam penyimpangan
Simetri sumbu nol terjadi ketika titik dasar gelombang didasarkan dan amplitudo berada di atas dasar nol. Garis sama dengan deviasi di bawah garis dasar, atau (_ + Vm_=_ –Vm_). Ketika swell simetris sumbu nol, biasanya tidak mengandung harmonik genap, hanya ganjil. Situasi ini terjadi, misalnya, pada gelombang persegi. Namun, simetri sumbu nol tidak hanya terjadi pada gelombang sinusoidal dan persegi panjang, seperti yang ditunjukkan oleh nilai gigi gergaji tersebut.
Ada pengecualian untuk aturan umum. Dalam bentuk simetris, sumbu nol akan hadir. Jika harmonik genap sefase dengan gelombang sinus fundamental. Kondisi ini tidak akan membuat komponen DC dan tidak akan merusak simetri sumbu nol. Invarian setengah gelombang juga menyiratkan tidak adanya harmonik genap. Dengan jenis invarians ini, bentuk gelombang berada di atas garis dasar nol dan merupakan bayangan cermin dari swell.
Inti dari korespondensi lainnya
Segiempat simetri terjadi ketika bagian kiri dan kanan dari sisi bentuk gelombang adalah bayangan cermin satu sama lain pada sisi yang sama dari sumbu nol. Di atas sumbu nol, bentuk gelombangnya terlihat seperti gelombang persegi, dan memang sisi-sisinya identik. Dalam hal ini, terdapat satu set lengkap harmonik genap, dan setiap harmonik ganjil yang hadir sefasa dengan sinusoidal fundamental.gelombang.
Banyak spektrum impuls sinyal yang memenuhi kriteria periode. Secara matematis, mereka sebenarnya periodik. Peringatan temporal tidak diwakili dengan benar oleh deret Fourier, tetapi dapat diwakili oleh gelombang sinus dalam spektrum sinyal. Perbedaannya adalah bahwa peringatan sementara bersifat kontinu dan bukan diskrit. Rumus umum dinyatakan sebagai: sin x / x. Ini juga digunakan untuk peringatan pulsa berulang dan untuk bentuk transisi.
Sinyal sampel
Komputer digital tidak mampu menerima suara input analog, tetapi memerlukan representasi digital dari sinyal ini. Konverter analog-ke-digital mengubah tegangan input (atau arus) menjadi kata biner yang representatif. Jika perangkat berjalan searah jarum jam atau dapat dimulai secara tidak sinkron, maka akan mengambil urutan sampel sinyal yang berkelanjutan, tergantung pada waktunya. Ketika digabungkan, mereka mewakili sinyal analog asli dalam bentuk biner.
Bentuk gelombang dalam kasus ini adalah fungsi kontinu dari tegangan waktu, V(t). Sinyal tersebut diambil sampelnya oleh sinyal lain p(t) dengan frekuensi Fs dan periode sampling T=1/Fs dan kemudian direkonstruksi. Meskipun ini mungkin cukup mewakili bentuk gelombang, ini akan direkonstruksi dengan akurasi yang lebih besar jika laju sampel (Fs) ditingkatkan.
Itu terjadi bahwa gelombang sinus V (t) diambil sampelnya oleh sinyal pulsa sampling p (t), yang terdiri dari urutan yang samaspasi nilai sempit dipisahkan dalam waktu T. Maka frekuensi spektrum sinyal Fs adalah 1 / T. Hasilnya adalah respons impuls lain, di mana amplitudonya adalah versi sampel dari peringatan sinusoidal asli.
Frekuensi sampling Fs menurut teorema Nyquist harus dua kali frekuensi maksimum (Fm) dalam spektrum Fourier dari sinyal analog yang diterapkan V (t). Untuk memulihkan sinyal asli setelah pengambilan sampel, bentuk gelombang sampel harus melewati filter lolos rendah yang membatasi bandwidth ke Fs. Dalam sistem RF praktis, banyak insinyur menemukan bahwa kecepatan Nyquist minimum tidak cukup untuk reproduksi bentuk pengambilan sampel yang baik, sehingga peningkatan kecepatan harus ditentukan. Selain itu, beberapa teknik oversampling digunakan untuk mengurangi tingkat kebisingan secara drastis.
Penganalisis spektrum sinyal
Proses pengambilan sampel mirip dengan bentuk modulasi amplitudo di mana V(t) adalah peringatan yang dibangun dengan spektrum dari DC ke Fm dan p(t) adalah frekuensi pembawa. Hasil yang didapat menyerupai double sideband dengan besaran pembawa AM. Spektrum sinyal modulasi muncul di sekitar frekuensi Fo. Nilai sebenarnya sedikit lebih rumit. Seperti pemancar radio AM tanpa filter, ia muncul tidak hanya di sekitar frekuensi dasar (Fs) pembawa, tetapi juga pada harmonik yang berjarak Fs naik dan turun.
Dengan asumsi bahwa frekuensi sampling sesuai dengan persamaan Fs 2Fm, respon asli direkonstruksi dari versi sampel,melewatkannya melalui filter osilasi rendah dengan variabel cutoff Fc. Dalam hal ini, hanya spektrum audio analog yang dapat ditransmisikan.
Dalam kasus pertidaksamaan Fs <2Fm, muncul masalah. Ini berarti bahwa spektrum sinyal frekuensi mirip dengan yang sebelumnya. Tetapi bagian di sekitar setiap harmonik tumpang tindih sehingga "-Fm" untuk satu sistem kurang dari "+Fm" untuk daerah osilasi yang lebih rendah berikutnya. Tumpang tindih ini menghasilkan sinyal sampel yang lebar spektralnya dipulihkan dengan penyaringan low-pass. Ini tidak akan menghasilkan frekuensi asli gelombang sinus Fo, tetapi lebih rendah, sama dengan (Fs - Fo), dan informasi yang dibawa dalam bentuk gelombang hilang atau terdistorsi.
