ΕΝΟΤΗΤΑ ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΝΟΤΗΤΑ 7 7.0 ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ"

Ευάγγελος Μαρκόπουλος
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΝΟΤΗΤΑ ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κεραίες είναι βασικό εξάρτημα της ασύρματης επικοινωνίας. Στον πομπό του ασύρματου επικοινωνιακού συστήματος, υπάρχει η κεραία εκπομπής και στο δέκτη υπάρχει η κεραία λήψης. Η κεραία εκπομπής μετατρέπει το ηλεκτρικό σήμα (ηλεκτρική ενέργεια) σε ηλεκτρομαγνητικό σήμα το οποίο εκπέμπεται στο χώρο στη μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα φτάνει στην κεραία λήψης και επάγει σ αυτή ηλεκτρικό σήμα (ηλεκτρική ενέργεια). 7.1 ΚΕΡΑΙΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Κάθε κεραία εκπομπής εκπέμπει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (κύμα) το οποίο συνίσταται από ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο. Το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο είναι κάθετα το ένα πάνω στο άλλο. Το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί μαγνητικό πεδίο και αντίθετα το μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο και έτσι το ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται στο χώρο. Στο σχήμα 7/1 απεικονίζεται μια κεραία εκπομπής κάθετη προς τη γη και το εκπεμπόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Στο σχήμα 7/2 απεικονίζεται η ίδια κεραία εκπομπής και το εκπεμπόμενο μαγνητικό πεδίο. Το ηλεκτρικό πεδίο είναι κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης και το μαγνητικό πεδίο είναι οριζόντιο προς την κατεύθυνση διάδοσης.

Η κεραία εκπομπής μετατρέπει το ηλεκτρικό σήμα (ηλεκτρική ενέργεια) σε ηλεκτρομαγνητικό σήμα το οποίο εκπέμπεται στο χώρο στη μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.

2 Σχήμα 7/1 : Εκπομπή και διάδοση ηλεκτρικού πεδίου Σχήμα 7/2 : Εκπομπή και διάδοση μαγνητικού πεδίου Η κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου ορίζει και την κατεύθυνση πόλωσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Για την πιο πάνω περίπτωση η πόλωση είναι κατακόρυφη ή κάθετη. Όταν η κεραία είναι οριζόντια τοποθετημένη προς τη γη, τότε η πόλωση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι οριζόντια.

ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Για την πιο πάνω περίπτωση η πόλωση είναι κατακόρυφη ή κάθετη.

3 Όταν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα από κατακόρυφη κεραία εκπομπής φτάσει σε μια κατακόρυφη κεραίας λήψης, τότε το ηλεκτρικό πεδίο επάγει σ αυτή μια τάση και η τάση προκαλεί ένα ρεύμα που διαρρέει την κεραία λήψης. Το μαγνητικό πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος δεν έχει καμιά επίδραση στην κατακόρυφη κεραία λήψης. Αντίθετα, όταν η κεραία λήψης είναι ένα οριζόντιο πηνίο, τότε το μαγνητικό πεδίο επάγει μια τάση στο πηνίο και το ηλεκτρικό πεδίο δεν έχει καμιά επίδραση. Στο σχήμα 7/3 απεικονίζεται μια κάθετη κεραία εκπομπής και μια κάθετη κεραία λήψης με το ηλεκτρικό πεδίο. Στο σχήμα 7/4 απεικονίζεται μια κάθετη κεραία εκπομπής και ένα οριζόντια τοποθετημένο πηνίο με το μαγνητικό πεδίο. Σχήμα 7/3 : Κάθετη κεραία εκπομπής και λήψης Σχήμα 7/4 : Κάθετη κεραία εκπομπής με οριζόντια τοποθετημένο πηνίο

Αντίθετα, όταν η κεραία λήψης είναι ένα οριζόντιο πηνίο, τότε το μαγνητικό πεδίο επάγει μια τάση στο πηνίο και το ηλεκτρικό πεδίο δεν έχει καμιά επίδραση.

4 7.2 ΚΕΡΑΙΕΣ ΛΗΨΗΣ ΓΙΑ ΜΑΚΡΑ ΜΕΣΑΙΑ ΚΑΙ ΒΡΑΧΕΑ Για τις περιοχές LW, MW και SW μπορούν να χρησιμοποιηθούν : Κεραίες που διεγείρονται από το ηλεκτρικό πεδίο Κεραίες που διεγείρονται από το μαγνητικό πεδίο Οι κεραίες που διεγείρονται από το ηλεκτρικό πεδίο, είναι κεραίες ράβδοι και οι κεραίες που διεγείρονται από το μαγνητικό πεδίο, είναι για παράδειγμα, κεραίες φερρίτη. Όταν η κεραία ράβδος έχει μήκος λ/4 ονομάζεται συντονισμένη κεραία ( λ είναι το μήκος κύματος της φέρουσας συχνότητας). Στην περίπτωση αυτή η κεραία έχει το μέγιστο ρεύμα στη βάση της. Στις κεραίες τύπου πηνίου με πυρήνα από φερρίτη, η τάση που επάγεται σ αυτές, είναι πιο μεγάλη όσο πιο μεγάλη είναι η διατομή του πυρήνα και όσο πιο πολλές είναι σπείρες του πηνίου. Στο σχήμα 7/5 απεικονίζονται οι δύο τύποι κεραίας. Σχήμα 7/5 : Κεραία τύπου ράβδου και τύπου πηνίου

Όταν η κεραία ράβδος έχει μήκος λ/4 ονομάζεται συντονισμένη κεραία ( λ είναι το μήκος κύματος της φέρουσας συχνότητας). Στην περίπτωση αυτή η κεραία έχει το μέγιστο ρεύμα στη βάση της.

5 7.3 ΚΕΡΑΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ Μια κεραία ράβδος κομμένη στη μέση σε δύο ίσα μέρη ονομάζεται δίπολο (σχήμα 7/6). Όταν το μήκος του δίπολου είναι λ/2, τότε μιλούμε για συντονισμένο δίπολο. Σχήμα 7/6 : Δίπολο Η μεγαλύτερη τάση μεταξύ των άκρων του δίπολου και αντίστοιχα το μεγαλύτερο ρεύμα στο μέσο, προκύπτει όταν το δίπολο είναι κάθετο στην κατεύθυνση διάδοσης. Το καλώδιο της κεραίας συνδέεται στο μέσο του δίπολου, στα άκρα των δύο ράβδων του δίπολου (σχήμα 7/7). Σχήμα 7/7 : Σύνδεση καλωδίου στο δίπολο

Σχήμα 7/6 : Δίπολο Η μεγαλύτερη τάση μεταξύ των άκρων του δίπολου και αντίστοιχα το μεγαλύτερο ρεύμα στο μέσο, προκύπτει όταν

6 Το αναδιπλωμένο δίπολο προκύπτει, όταν δύο λ/2 δίπολα συνδεθούν παράλληλα (σχήμα 7/8). Σχήμα 7/8 : Αναδιπλωμένο δίπολο Μια κεραία λήψης τηλεόρασης εκτός από το δίπολο έχει ένα ανακλαστήρα και αριθμό κατευθυντήρων. Ο ανακλαστήρας βρίσκεται πίσω από το δίπολο και οι κατευθυντήρες βρίσκονται μπροστά. Ο ανακλαστήρας έχει μήκος λίγο μεγαλύτερο από το δίπολο και οι κατευθυντήρες λίγο μικρότερο. Ο ανακλαστήρας και οι κατευθυντήρες στόχο έχουν να δώσουν στο δίπολο ένα πιο ενισχυμένο σήμα. Η κεραία του τύπου αυτού ονομάζεται Yagi. Στο σχήμα 7/9 απεικονίζεται μια κεραία Yagi. Σχήμα 7/9 : Κεραία Yagi

Ο ανακλαστήρας βρίσκεται πίσω από το δίπολο και οι κατευθυντήρες βρίσκονται μπροστά.

7 7.4 ΚΕΡΑΙΕΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗΣ ΛΗΨΗΣ Για τη δορυφορική επικοινωνία χρησιμοποιούνται συχνότητες γύρω στα 12 GHz. Οι δορυφόροι επικοινωνιών, τηλεφωνίας και τηλεόρασης, είναι γεωστατικοί, δηλαδή περιστρέφονται με την ίδια γωνιακή ταχύτητα που περιστρέφεται και η γη. Ο λόγος, είναι διότι βρίσκονται σε ύψος γύρω στα Km πάνω από τον ισημερινό. Ένας παρατηρητής από τη γη βλέπει τους δορυφόρους, που βρίσκονται σε γεωστατική τροχιά, ως να είναι ακίνητοι. Έτσι οι κεραίες λήψης τοποθετούνται σε σταθερή βάση με κατεύθυνση το δορυφόρο. Σε περίπτωση που θέλουμε να έχουμε λήψη από περισσότερους από ένα δορυφόρους η κεραία πρέπει να είναι περιστρεφόμενη. Ο δορυφόρος παίρνει σήματα που εκπέμπονται από τη γη, τα ενισχύει και επανεκπέμπει σε διάφορες κατευθύνσεις προς τη γη. Η ενέργεια που χρησιμοποιείται από του δορυφόρους λαμβάνεται με ηλιακά πλαίσια από τον ήλιο. Οι κεραίες λήψης είναι παραβολικά κάτοπτρα με διάμετρο 0,5m έως 1,8m (σχήμα 7/10). Στην εστία του κατόπτρου βρίσκεται ο δέκτης LNB (Low Noise Amplifier and Block Converter). To LNB, βρίσκεται στην εστία του κατόπτρου και συλλέγει όλη την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που κτυπά στο κάτοπτρο. Το LNB συνδέεται με ομοαξονικό καλώδιο με τον δορυφορικό δέκτη και ο δέκτης συνδέεται με την τηλεόραση ή άλλη συσκευή.

Ο λόγος, είναι διότι βρίσκονται σε ύψος γύρω στα 36000 Km πάνω από τον ισημερινό. Ένας παρατηρητής από τη γη βλέπει τους δορυφόρους, που βρίσκονται σε γεωστατική τροχιά, ως να είναι ακίνητοι.

8 Σχήμα 7/10 : Δορυφορική κεραία Οι περισσότεροι δορυφόροι χρησιμοποιούν σήμερα τη ψηφιακή τεχνολογία ενώ προηγουμένως χρησιμοποιούσαν την αναλογική τεχνολογία. Γι αυτό, ο δέκτης και το LNB πρέπει να είναι κατάλληλα για τη δορυφορική λήψη. Στο σχήμα 7/11 απεικονίζεται ένα σύστημα δορυφορικής επικοινωνίας. Σχήμα 7/11: Σύστημα δορυφορικής επικοινωνίας

Γι αυτό, ο δέκτης και το LNB πρέπει να είναι κατάλληλα για τη δορυφορική λήψη.

9 7.5 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΕΡΑΙΩΝ Ο βασικός εξοπλισμός για την εγκατάσταση κεραίας τηλεόρασης είναι : Κεραία UHF ή VHF ή και των δύο Καλώδιο ομοαξονικό Πρίζα τηλεόρασης Καλώδιο σύνδεσης τηλεόρασης με πρίζα Φίσιες σύνδεσης καλωδίου με πρίζα και τηλεόραση Επιπρόσθετα μπορεί να χρειασθούν : Μείκτης (mixer) κεραίας (Σε περίπτωση που θα χρησιμοποιηθούν περισσότερες από μια κεραίες) Κατανεμητής κυρίας γραμμής (Σε περίπτωση που θα έχουμε πολλά σημεία τηλεόρασης). Ενισχυτής (Σε περίπτωση που θέλουμε να ενισχύσουμε το σήμα). Διακλαδωτής ( Splitter) Κτλ. Για την εγκατάσταση δορυφορικής κεραίας χρειάζονται : Παραβολικό κάτοπτρο LNB (Low Noise Amplifier and Block Converter) Δέκτης Καλώδια Φίσιες σύνδεσης καλωδίου με τηλεόραση, πρίζα Κτλ. Για τον προσανατολισμό του κατόπτρου και τη λήψη του δορυφορικού σήματος χρησιμοποιούνται διάφορα βοηθητικά μέσα εντοπισμού του δορυφόρου.

γραμμής (Σε περίπτωση που θα έχουμε πολλά σημεία τηλεόρασης). Ενισχυτής (Σε περίπτωση που θέλουμε να ενισχύσουμε το σήμα). Διακλαδωτής ( Splitter) Κτλ.

10 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 1. Να εξηγήσετε τον γενικό σκοπό που εξυπηρετούν οι κεραίες. 2. Να εξηγήσετε τι είναι το δίπολο και τι η κεραία Yagi. 3. Να αναφέρετε τι χρειάζεται για την εγκατάσταση μιας κεραίας τηλεόρασης. 4. Να αναφέρετε τη διαδικασία για καλύτερη λήψη τηλεοπτικού σήματος. 5. Να αναφέρετε τι χρειάζεται για την εγκατάσταση μιας δορυφορικής κεραίας. 6. Να αναφέρετε γιατί η δορυφορική κεραία είναι ακίνητη, εφόσον ο δορυφόρος κινείται.

Να αναφέρετε τι χρειάζεται για την εγκατάσταση μιας κεραίας τηλεόρασης. 4.

Σχετικά έγγραφα

β) Για ένα μέσο, όπου το Η/Μ κύμα έχει ταχύτητα υ

β) Για ένα μέσο, όπου το Η/Μ κύμα έχει ταχύτητα υ Ασκ. 5 (σελ 354) Το πλάτος του μαγνητικού πεδίου ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος ειναι 5.4 * 10 7 Τ. Υπολογίστε το πλάτος του ηλεκτρικού πεδίου, αν το κύμα διαδίδεται (a) στο κενό και (b) σε ένα μέσο στο