Диапазон полосы пропускания. Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание. Полоса пропускания канала

Полоса пропускания - это непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает некоторый заранее заданный предел. То есть полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений.

Рис. 1. Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны

Часто граничными частотами считаются частоты, на которых мощность выходного сигнала уменьшается в два раза по отношению к входному, что соответствует затуханию в - 3 дБ.

Как мы увидим далее, ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по линии связи. Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности. На рис. 1 показаны полосы пропускания линий связи различных типов, а также наиболее часто используемые в технике связи частотные диапазоны.

Пропускная способность линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных, которая может быть достигнута на этой линии. Особенностью пропускной способности является то, что, с одной стороны, эта характеристика зависит от параметров физической среды, а с другой - определяется способом передачи данных. Следовательно, нельзя говорить о пропускной способности линии связи до того, как для нее определен протокол физического уровня.

Например, поскольку для цифровых линий всегда определен протокол физического уровня, задающий битовую скорость передачи данных, то для них всегда известна и пропускная способность - 64 Кбит/с, 2 Мбит/с и т. п.

В тех же случаях, когда только предстоит выбрать, какой из множества существующих протоколов использовать на данной линии, очень важными являются остальные характеристики линии, такие как полоса пропускания, перекрестные наводки, помехоустойчивость и др.

Пропускная способность, как и скорость передачи данных, измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах, таких как килобиты в секунду (Кбит/с) и т. д.

Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких как затухание и полоса пропускания, но и от спектра передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала (то есть те гармоники, амплитуды которых вносят основной вклад в результирующий сигнал) попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться данной линией связи, и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком (рис. 2 а). Если же значимые гармоники выходят,за границы полосы пропускания линии связи, то сигнал начнет значительно искажаться, и приемник будет ошибаться при распознавании информации (рис. 2 б).

В инерционных И У всегда имеет место разница между графиками идеальной и фактической АЧХ, называемая частотной погрешностью. Для позиционных ИУ она равна

Диапазон частот входного гармонического сигнала, в пределах которой частотная погрешность не превышает допустимого значения, называется полосой пропускания частот И У. У позиционных И У такой диапазон занимает интервал частот 0

Ее значение можно определить графическим способом - как абсциссу точки первого выхода графика относительной АЧХ за границы трубки точности 1 ± 8 , где е - допустимое значение относительной частотной погрешности (см. рис. 5.14), или аналитическим способом - как минимальный вещественный корень уравнений У1 0 (ш 11) = 1±е.

Рис. 5.14.

На рис. 5.15 показана схема графического расчета ширины ППЧ.

Рис. 5.15.

Видно, что исходными данными для расчета являются передаточная функция ИУ W(p ) и допустимое значение относительной частотной погрешности е. В ходе расчетов последовательно определяются операторная часть передаточной функции W 0 (p) = W(p)/W(0) и относительная АЧХ ИУ Д) (со) = |У 0 (/ш)|. Затем строится график этой характеристики ГА 0 (а))> на который наносится трубка точности 1 ± ?. Абсцисса точки первого выхода этого графика за границы трубки точности (при продвижении по графику слева направо от точки ш = 0) определяет верхнюю границу ППЧ со, (см. рис. 5.14).

В диапазоне частот 0 г. Поэтому в пределах полосы пропускания частот ИУ оказывается «прозрачным» для гармонических сигналов, пропуская их так, что частотные искажения, обусловленные инерционностью элементов прибора, не превышают допустимого уровня.

Считается, что чем шире ППЧ, тем более совершенными являются динамические свойства ИУ. Это справедливо для регистрирующих ИУ, у которых относительная АЧХ в идеале должна совпадать с единичной ступенчатой функцией 1(со). Однако в силу невозможности строгого выполнения этого условия выбор параметров таких ИУ подчиняют условию максимума ширины ППЧ.

Графический способ расчета ППЧ оказывается неудобным в тех случаях, когда необходимо исследовать зависимость этого показателя динамической точности от одного или (тем более) нескольких параметров ИУ. В этих случаях расчет ППЧ, подобный изложенному выше, приходится выполнять многократно для каждого значения варьируемого параметра ИУ или сочетания таких параметров.

Возможен другой способ численного расчета ППЧ в среде Mathcad с/т - относительный коэффициент демпфирования и собственная частота сейсмической системы прибора. В этом случае т = п = 2.

На рис. 5.18, а показано семейство ЛЧХ рассматриваемого прибора для трех значений относительного коэффициента демпфирования? = 0,2, ? = 0,5 и § = 1,5.

Рис. 5.18.

а - семейство АЧХ сейсмического И У второго порядка; б - к определению нижней границы ППЧ сейсмического ИУ

По оси абсцисс откладывается безразмерная относительная частота колебаний основания у = со/со 0 . Поэтому при увеличении собственной частоты прибора со 0 графики сжимаются, а при уменьшении - растягиваются вдоль оси абсцисс, сохраняя свою форму. Накладывая на эти графики трубку точности 1 ± е, можно для каждого значения 8 определить соответствующее относительное значение нижней границы полосы пропускания частот у н = со н /со 0 , как это показано на рис. 5.18, б для случая?, = 0,2, - 0,05 = 5%. В этом случае у н = 3,1. Поэтому если со 0 = 10 с -1 , то со н = 31 с -1 , т.е. прибор можно использовать для регистрации колебаний, частота которых превышает 31 с -1 (4,9 Гц).

Из приведенных примеров видно различие в расчете ППЧ для квазиста- тических и дифференцирующих ИУ: в первом случае определяется верхняя граница ППЧ (как абсцисса точки первого выхода графика относительной АЧХ за границы трубки точности 1 ± е), во втором - нижняя граница ППЧ (как абсцисса точки попадания этого графика в трубку точности).

В обоих случаях полоса пропускания частот ИУ должна превышать полосу частот измерительного сигнала?2 ИС. В противном случае динамические искажения этого сигнала, вызванные инерционностью элементов ИУ, превысят допустимую погрешность.

Часто при описании электронных сетей связи используется термин «полоса пропускания». Это одна из ключевых характеристик подобных систем. На первый взгляд может показаться, что человеку, работа которого никак не связана с линиями связи, нет необходимости разбираться, что такое полоса пропускания канала. На самом же деле все немного не так. У многих есть домашний персональный компьютер, подключенный к И каждый знает, что иногда работа со «всемирной паутиной» без видимых причин замедляется. Одна из причин этого заключается в том, что в тот самый момент полоса пропускания канала провайдера оказывается перегруженной. Результат - явное замедление и возможные сбои в работе. Прежде чем дать определение понятию «полоса пропускания», воспользуемся примером, позволяющим любому человеку понять, о чем идет речь.

Представим себе автомобильную дорогу в небольшом провинциальном городке и в густонаселенном мегаполисе. В первом случае чаще всего она рассчитана на один или два потока машин, соответственно, ширина небольшая. А вот в крупных городах даже четырехполосным движением никого не удивишь. За одно и то же время количество машин, проехавших одинаковое расстояние по этим двум дорогам, существенно отличается. Оно зависит от двух характеристик - скорости движения и количества полос. В данном примере дорога - это а машины представляют собой биты информации. В свою очередь каждая полоса - это линия связи.

Другими словами, полоса пропускания косвенно указывает, какое количество данных может быть передано по за единицу времени. Чем этот параметр выше, тем комфортнее работа через такое соединение.

Если со скоростью передачи все очевидно (она возрастает с уменьшением задержек передачи сигнала), то термин «ширина полосы пропускания» немного более сложен. Как известно, чтобы сигнал мог передать информацию, он определенным образом преобразуется. Применительно к электронике это может быть или смешанная модуляция. Однако одна из особенностей передачи заключается в том, что по одному и тому же проводнику одновременно могут быть переданы сразу несколько импульсов с разной частотой (в пределах общей полосы, пока искажения находятся в допустимых рамках). Эта возможность позволяет увеличить общую производительность работы линии связи без изменения задержек. Яркий пример сосуществования частот - это одновременный разговор нескольких человек с различным тембром. Хотя говорят все, но слова каждого вполне различимы.

Почему же при работе с сетью иногда наблюдается замедление? Все объясняется довольно просто:

Чем выше задержки, тем меньше скорость. Любые помехи прохождению сигнала (программные или физические) снижают быстродействие;

Часто включает в себя дополнительные биты, выполняющие дублирующие функции - так называемая «избыточность». Это необходимо для обеспечения работоспособности в условиях наличия помех на линии;

Достигнут физический предел проводящей среды, когда все допустимые уже используются и при новых порциях данных они помещаются в очередь на отправку.

Для решения подобных проблем провайдеры применяют несколько различных подходов. Это может быть виртуализация, увеличивающая «ширину», но вносящая дополнительные задержки; увеличение канала за счет «лишних» проводящих сред и пр.

В цифровой технике иногда используется термин «бод». Фактически он означает количество бит данных, переданных за единицу времени. Во времена медленных линий связи (dial-up) 1 бод соответствовал 1 биту за 1 секунду. В дальнейшем, с ростом скоростей, «бод» перестал быть универсальным. Он мог означать 1, 2, 3 и более бит в секунду, что требовало отдельного указания, поэтому в настоящее время используется другая система, понятная каждому.

Полоса пропускания

О полосе пропускания в цифровой технике см. Скорость передачи информации

Полоса пропускания (прозрачности) - 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. Иногда, вместо термина "полоса пропускания", используют термин "эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ)". В ЭППЧ сосредоточена основная энергия сигнала (не менее 90%). Этот диапазон частот устанавливается для каждого сигнала экспериментально в соответствии с требованиями качества.

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 пропускания - полоса частот, в пределах которой неравномерность частотной характеристики не превышает заданной.

Ширина полосы обычно определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ, на котором амплитуда колебаний (или 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 её отклонения от прямой, параллельной оси частот.

Ослабление неравномерности АЧХ в полосе улучшает воспроизведение формы передаваемого сигнала.

Различают:

• Абсолютную полосу пропускания: 2Δω = Sa

• Относительную полосу пропускания: 2Δω/ωo = So

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

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.

Требования к П. п. различных устройств определяются их назначением (например, для телефонной связи требуется П. п. 300-3400 гц, для высококачественного воспроизведения музыкальных произведений 30-16000 гц, а для телевизионного вещания - шириной до 8 Мгц) .

См. также

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Святое озеро
• Сочинение (синтаксис)

Смотреть что такое "Полоса пропускания" в других словарях:

полоса пропускания Энциклопедический словарь

полоса пропускания - 1. Ширина частотного спектра сигнала между верхней и нижней частотами среза 2. Интервал частот, заключенный между двумя частотами среза, в пределах которого модуль коэффициента передачи системы составляет не менее 0,707 от максимального значения… … Справочник технического переводчика

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ - диапазон частот, в пределах которого зависимость амплитуды колебаний на выходе акустического, радиотехнического или оптического устройства от их частоты достаточно слаба, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения. Ширину… … Большой Энциклопедический словарь

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ - область частот, в к рой колебания, проходящие через радиотехн., акустич., оптич. и др. устройства, изменяют свою амплитуду и др. параметры в установленных границах. Для электрич. цепей в пределах П. п. сопротивление цепи (в зависимости от её… … Физическая энциклопедия

полоса пропускания - Bandwidth Полоса пропускания Область частот, в которой амплитудно частотная характеристика акустического, радиотехнического или оптического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

полоса пропускания - praleidžiamoji juosta statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. pass band; pass range; passband; transmission band vok. Durchlaßband, n; Durchlaßbereich, m rus. полоса пропускания, f pranc. bande de transmission, f; bande passante, f; passe … Automatikos terminų žodynas

полоса пропускания - praleidžiamoji juosta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. pass band; transmission band vok. Durchlaßband, n; Durchlaßbereich, n rus. полоса пропускания, f pranc. bande passante, f … Fizikos terminų žodynas

Полоса пропускания - частот, диапазон частот, в пределах которого Амплитудно частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического или оптического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного… … Большая советская энциклопедия

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ - частот (в радиотехнике и электросвязи) интервал частот, в пределах к рого отношение амплитуды колебаний на выходе электрич. цепи (фильтра, усилителя и др.) к амплитуде колебаний на её входе не опускается ниже определённого уровня, обычно 1 3 дБ… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ - диапазон частот, в пределах к рого зависимость амплитуды колебаний на выходе акустич., радиотехн. или оптич. устройства от их частоты достаточно слаба, чтобы обеспечить передачу сигнала без существ, искажения. Ширину П. п. выражают в Гц,… … Естествознание. Энциклопедический словарь