Знання амплітудно-частотної характеристики реальної лінії дозволяє визначити форму вихідного сигналу практично для будь-якого вхідного сигналу. Для цього необхідно знайти спектр вхідного сигналу, перетворити амплітуду складових його гармонік відповідно до амплітудно-частотної характеристикою, а потім знайти форму вихідного сигналу, склавши перетворені гармоніки.
Амплітудно-частотна характеристика, смуга пропускання і загасання
Ступінь спотворення синусоїдальних сигналів лініями зв'язку оцінюється за допомогою таких характеристик, як амплітудно-частотна характеристика, смуга пропускання і загасання на певній частоті.
Амплітудно-частотна характеристика (рис. 34) показує, як загасає амплітуда синусоїди на виході лінії зв'язку в порівнянні з амплітудою на її вході для всіх можливих частот переданого сигналу. Замість амплітуди в цій характеристиці часто використовують також такий параметр сигналу, як його потужність.
Мал. 34. Амплітудно-частотна характеристика
Незважаючи на повноту інформації, наданої амплітудно-частотної характеристикою про лінії зв'язку, її використання ускладнюється тією обставиною, що отримати її досить важко. Адже для цього потрібно провести тестування лінії еталонними синусоїдами по всьому діапазону частот від нуля до деякого максимального значення, яке може зустрітися у вхідних сигналах. Причому міняти частоту вхідних синусоїд потрібно з невеликим кроком, а значить, кількість експериментів має бути дуже великим. Тому на практиці замість амплітудно-частотної характеристики застосовуються інші, спрощені характеристики - смуга пропускання і загасання.
Смуга пропускання (bandwidth) - це безперервний діапазон частот, для якого відношення амплітуди вихідного сигналу до вхідного перевищує деякий заздалегідь задану межу, зазвичай 0,5. Тобто смуга пропускання визначає діапазон частот синусоїдального сигналу, при яких цей сигнал передається по лінії зв'язку без значних спотворень. Знання смуги пропускання дозволяє отримати з деяким ступенем наближення той же результат, що і знання амплітудно-частотної характеристики. Як ми побачимо нижче, ширина смуги пропускання в найбільшою мірою впливає на максимально можливу швидкість передачі інформації по лінії зв'язку. Саме цей факт знайшов відображення в англійському еквіваленті розглянутого терміна (width - ширина).
Загасання (attenuation) визначається як відносне зменшення амплітуди або потужності сигналу при передачі по лінії сигналу певної частоти. Таким чином, загасання є ще однією точку з амплітудно-частотної характеристики лінії. Часто при експлуатації лінії заздалегідь відома основна частота сигналу, що передається, тобто та частота, гармоніка якої має найбільшу амплітуду і потужність. Тому досить знати загасання на цій частоті, щоб приблизно оцінити спотворення переданих по лінії сигналів. Більш точні оцінки можливі при знанні загасання на декількох частотах, що відповідають декільком основним гармоникам переданого сигналу.
Загасання А зазвичай вимірюється в децибелах (дБ, decibel - dB) і обчислюється за такою формулою:
де Рвих - потужність сигналу на виході лінії, Рвх - потужність сигналу на вході лінії.
Так як потужність вихідного сигналу кабелю без проміжних підсилювачів завжди менше, ніж потужність вхідного сигналу, загасання кабелю завжди є негативною величиною.
Абсолютний рівень потужності, наприклад рівень потужності передавача, також вимірюється в децибелах. При цьому в якості базового значення потужності сигналу, щодо якого вимірюється поточна потужність, приймається значення в 1 мВт. Таким чином, рівень потужності Р обчислюється за такою формулою:
Таким чином, амплітудно-частотна характеристика, смуга пропускання і загасання є універсальними характеристиками, і їх знання дозволяє зробити висновок про те, як через лінію зв'язку будуть передаватися сигнали будь-якої форми.
Смуга пропускання залежить від типу лінії і її протяжності. На рис. 35 показані смуги пропускання ліній зв'язку різних типів, а також найбільш часто використовувані в техніці зв'язку частотні діапазони.
Мал. 35. Смуги пропускання ліній зв'язку та популярні частотні діапазони