ΠΤΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Πο/ίΤΓος AM AM Transmiter

Transcript

1 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Ανατολικής Μακεδονίας Και Θράκης Opt. Dttrtrkjil EBfiarcrl»g Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΠΤΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ θ β μ α Πο/ίΤΓος AM AM Transmiter Προπτυχιακός Φοιτητής: Αρετάκης Αναστάσιος Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Τραμαντζάς Δεκέμβριος 2013

2 Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα TMHvumEKm>»onw Ανατολικής Μακεδονίας Και ι~ "ϊ Θράκης D >f. Electrical Ettcineeriac Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΠΤΤΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ θ β μ ο ι Ι Ι ο μ π ο ς Α Μ AM Transmiter Προπτυχιακός Φοιτητής: Αρετάκης Αναστάσιος Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Τραμαντζάς Δεκέμβριος 2013 Τ.Ε.ί. ΚΑΒΑλ Αλ I ΑρΐΟμ,Πρ»». 1θ Ημερομηνία:,j2 2 - \ "Μ Παρελήφθη; ι ΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στις αρχές του 20 ' αιώνα το ραδιόφωνο εισέβαλε στη ζωή και τη καθημερινότητα του ανθρώπου ως το σημαντικότερο μέσο ενημέρωσης κα επικοινωνίας. Η εκπομπή του ραδιοφωνικού σήματος αρχικά γινόταν με την χρήση της διαμόρφωσης του σήματος κατά πλάτος (AM) αλλά σύντομα εξελίχθητε η τεχνολογία του σε διαμόρφωση συχνότητας (FM) με αποτέλεσμα την εξέλιξη της ραδιοφωνίας με ταυτόχρονη ελάττωση των μειονεκτημάτων που παρείχε η ραδιοφωνία AM.

4 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 Διαμορφώσεις σημάτων Εισαγωγή Διαμόρφωση πλάτους (AM Modulation) Εισαγωγή Πλήρης διαμόρφωση AM(DSB-LC ή Full A M ) Δείκτης διαμόρφωσης Ισολογισμός ισχύος στην πλήρη AM διαμόρφωση Διαμόρφωση δυιλής πλευρικής ζώνης χωρίς φέρον (Double Sideband Suppressed Carrier (DSB-SC) Modulation) Παραγωγή και ανίχνευση του DSB-SC σήματος Ισοσταθμισμένος διαμορφωτής Σύγχρονος ή σύμφωνος ανιχνευτής o f DSB-SC (Ανιχνευτής γινόμενου) Αποδιαμόρφωση πλάτους Γωνιακή διαμόρφωση Εισαγο Ορισμοί... 5 Εύρος ζώνης των σημάτων FM...,6 Συστήματα δωμόρφωσης φεροντος... Μετάδοση AM Γραμμές μεταφοράς....2 Μήκος κύματος....3 Σύνθετη αντίσταση γραμμής μεταφοράς....4 Προσαρμογή γραμμής μεταφοράς....5 Στάσιμα κύματα....6 Γ ραμμές μεταφοράς μήκους λ/4 και λ/ Βασικές έννοιες κεραιών Κεραία τύπου λ72.. Πομπός AM Εισαγωγή....2 Η τεχνική....3 Η αρχή λειτουργίας...

5 3.3.1 Άμεσος Πομπός AM Πομπός AM με πολλαπλασιασμούς συχνότητας Πομπός AM με σταθερό διαιρετή συχνότητας (Prescaler) Πομπός AM με μίξη συχνοτήτων Το κύκλωμα του Πομπού AM Τα στοιχεία που αποτελούν το κύκλωμα διαιρέτης σταθερούς λογου διαίρεσης Οι προγραμματιζόμενοι διαιρέτες Ο Ταλαντωτής Αναφοράς Ο Συγκριτής Φάσης Το φίλτρο του βρόχου Η βαθμίδα εξόδου Οικονομοτεχνική μελετη Βιβλιογραφία / Αναφορές...56

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος αυτής της πτυχιακής εργασίας είναι η παρουσίαση όλων των συνιστωσών και προϋτιοθέσεων για να ετητευχτεί η εκπομπή ραδιοφωνικού σήματος. Μας απασχολεί ευρέως η μετάδοση ραδιοφωνικού σήματος με διαμόρφωση κατά πλάτος (AM), ωστόσο γίνεται αναφορά και στο ραδιοφωνικό σήμα με διαμόρφωση κατά συχνότητα (FM). Παρουσιάζονται βασικές έννοιες, ορισμοί και διαδικασίες που πραγματοποιούνται κατά την μετάδοση σημάτων γενικά αλλά και συγκεκριμένα των ραδιοφωνικών σημάτων. Σκοπός είναι ο αναγνώστης αυτής της εργασίας να κατανοήσει την διαδικασία που πραγματοποιείται ώστε να επιτευχτεί μια ραδιοφωνική τηλεπικοινωνία και να έχει μια γενική εικόνα τόσο σε θεωρητικό όσο και σε πρακτικό ετήπεδο. ABSTRACT The aim of this thesis is the presentation o f all components and prerequisites to achieve the broadcast radio signal. We are interested widely in broadcast radio signals modulated in width (MT), but reference is made in the radio signal with frequency modulation (FM). Presents basic concepts, definitions and procedures carried out during signal transmission in general but also specifically of radio signals. The aim is the reader of this work to understand the process that takes place in order to achieve a radio telecommunieation and to have an overview both at theoretical and practical levels.

7 1 Διαμορφώσεις σημάτων 1.1 Εισαγωγή Σ αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται η θεωρία για τις διαμορφώσεις σημάτων (AM, FM, PSK, FSK & ASK). Στο κεφάλαιο αυτό αναπτύσσεται η θεωρία που χρειάζεται κανείς να ξέρει για να κατανοήσει το αντικείμενο με το οποίο ασχολείται η συσκευή. 1.2Διαμόρφωση πλάτους (AM Modulation) Εισαγωγή Οι τύποι διαμόρφωσης είναι οι παρακάτω; Συμβατική διαμόρφωση πλάτους (εναλλακτικά γνωστή και ως πλήρης AM ή διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης με φέρον (Full AM ή Double Sideband Large carrier modulation DSB-LC) Διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης χωρίς φέρον (Double Sideband Suppressed carrier modulation DSB-SC) Διαμόρφωση ατιλής πλευρικής ζώνης (Single Sideband modulation SSB) Διαμόρφωση απλής πλευρικής ζώνης με κατάλουιο (Vestigial Sideband modulation VSB). Παρακάτω θα εξετάσουμε τις δυο πρώτες μορφές Πλήρης διαμόρφωση AM(DSB-LC ή Full AM) Η διαμόρφωση πλάτους ενός ημιτονικού ή συνημιτονικού φέροντος σήματος έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή του πλάτους του φέροντος, να είναι ανάλογη προς το πλάτος του διαμορφώνοντος σήματος.

8 Για λόγους απλότητας ας υποθέσουμε ότι το φέρον είναι της μορφής: cos(wj) οτγου = 2π/ ^ Σχέση 1 Και ότι το σήμα διαμόρφωσης (modulating signal - information signal - σήμα πληροφορίας) είναι το ημίτονο (τόνος) της μορφής s (t) με s^(t)= zosw j Το κατά πλάτος διαμορφωμένο DSB-LC σήμα μπορεί να εκφραστεί από την σχέση: ^(0 = ΙΑ ή s ( t ; = R + ^ CO%(l7lfj )]co%(2trfj ) ο Όρος πλάτους του σήματος AM s(t) είναι: A = (Α^ +Α^ cos(2tfj)) = (Α^ + ma^ cos{2trfj)) = A^fl + m cos{2ttfj)) Επομένως το πλήρες σήμα AM μπορεί να γραφτεί: s(t}= Α^{\ + mq,o%{wj))cos{wj) Χρησιμοποιώντας την σχέση: cosylcosfi = l/2/cos(^ + B )+ cos(a - Β)] λαμβάνουμε s(t)= Α^ coswj + ^cos(w^ +w^jt + ^cos(w^ -w ^Jt H μαθηματική έκφραση για αυτό το σύνθετο σήμα δείχνει ότι είναι το άθροισμα τριών ημιτόνων διαφορετικών συχνοτήτων. Ένα από αυτά τα ημίτονα έχει

9 την ίδια συχνότητα και πλάτος με το μη διαμορφωμένο φέρον. Το δεύτερο ημίτονο είναι σε μια συχνότητα ίση με το άθροισμα της συχνότητας του φέροντος και της συχνότητας του διαμορφώνοντος σήματος και αποτελεί την άνω πλευρική ζώνη συχνοτήτων. Το τρίτο ημίτονο είναι σε μια συχνότητα ίση με τη συχνότητα του φέροντος μείον τη συχνότητα του διαμορφώνοντος και αποτελεί την κάτω πλευρική ζώνη συχνοτήτων. Τα δυο τμήματα πλευρικών ζωνών συχνοτήτων έχουν ίσα πλάτη, τα οποία είναι ανάλογα προς το πλάτος του διαμορφώνοντος σήματος. Η διαμόρφωση τιλάτους (DSB-LC) ενός ημιτονοειδούς φέροντος από ένα ημίτονο έχει ως αποτέλεσμα διαμορφωμένο σήμα που εικονίζεται στο σχήμα 1.1; 0 ) Τ 3 ^ 0-5 Σχήμα 1.1 Αναπαράσταση DSB-LC σήματος στο πεδίο συχνοτήτων Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται το φέρον και οι πλευρικές συνιστώσες του κατά πλάτος διαμορφωμένου σήματος του σχήματος 1.1 όπως εμφανίζονται στο πεδίο της συχνότητας (Αναπαράσταση πλάτους - συχνότητας).

10 Στην περίπτωση που το διαμορφώνων σήμα είναι σύνθετο, δηλαδή καλύπτει μια ζώνη συχνοτήτων εύρους FM (π.χ. φωνή ή μουσική), τότε το φάσμα του διαμορφωμένου φέροντος θα είναι της μορφής του σχήματος 1.3; θ Lower side l^persiie CiUHT band (LSB) I I (USB) B * Bandwidth Σχήμα 1.3: Φάσμα σύνθετου διαμορφωμένου φέροντος DSB-LC

11 Εδώ πρέπει να κάνουμε τις παρακάτω παρατηρήσεις για το πλήρες AM σήμα: Όπως φαίνεται από το 1.3 σχήμα το φάσμα του DSB-LC AM σήματος περιέχει τρεις συνιστώσες: Μια συνιστώσα στη συχνότητα τον φέροντος(/,) μια ανώτερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων (USB), της οποίας η υψηλότερη συχνότητα είναι (/^ + / ) μια κατώτερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων (LSB), της οποίας η υψηλότερη συχνότητα είναι ( Λ - / J Το εύρος ζώνης Β του διαμορφωμένου σήματος είναι το διπλάσιο του εύρους ζώνης του σήματος πληροφορίας (5 = 2 / ). Το διαμορφωμένο σήμα αποκαλείται σήμα διπλής πλευρικής ζώνης συχνοτήτων με φέρον (DSB-LC) λόγω των δυο πλευρικών ζωνών συχνοτήτων και του φέροντας στο φάσμα συχνοτήτων. Διάφορα σήματα βασικής ζώνης μπορούν να διαβιβαστούν ταυτόχρονα από ένα κανάλι σε διαφορετικές φέρουσες συχνότητες (πολυπλεξία) υπό τον όρο ότι οι πλευρικές ζώνες συχνοτήτων δεν κάνουν καμία επικάλυψη. Οι πληροφορίες στο σήμα βασικής ζώνης αναπαράγονται και στην LSB και στην USB ζώνη και το φέρον δεν περιέχει καμία πληροφορία Δείκτης διαμόρφωσης Ο δείκτης ή βαθμός διαμόρφωσης m αποτελεί ένα μέτρο του ποσοστού διαμόρφωσης. Στο πεδίο του χρόνου, ο βαθμός διαμόρφωσης για την ημιτονοειδή διαμόρφωση υπολογίζεται ως εξής, χρησιμοποιώντας τις μεταβλητές που παρουσιάζονται στο σχήμα 1.4:

12 Am^ : είναι το μισό της μεγίστης τιμής από κορυφή σε κορυφή τιμή του DSB - LC AM σήματος /2 Α^ : είναι το μισό της ελάχιστης τιμής αχο κορυφή σε κορυφή του DSB - LC AM σήματος / 2 Α : είναι το πλάτος του σήματος πληροφορίαςκαι είναι το μισό της δίαφοραςα^ και Α^ : είναι το πλάτος του φέροντος σήματος καν ένναι ^max ~^c - ~ Alin τοο αθροίσματος Α^^χ ^min Δεδομένου ότι η διαμόρφωση είναι συμμετρική, και. Από αυτό είναι εύκολο να αποδεδειχθεί ότι για την ημιτονοειδή διαμόρφωση ισχύει: A m ax- A min A max+ A min Am Ac

13 Όταν και τα τρία συστατικά του διαμορφωμένου σήματος είναι σε φάση, προστίθενται μαζί γραμμικά και διαμορφώνουν το μέγιστο πλάτος του σήματος Amax, δηλαδή A max = Ac + Ausb + Alsb Άρα A m ax- Ac A usb + A Isb Ac Ac Όπως φαίνεται και στα σχήμα 1.5: no - 0 m - α.5 ^isb ^JStl 1 ί - J tc αι <c Ic Σχήμα 1.5: Φάσμα σήματος AM αι, εφόσον τα πλάτη των πλευρικών συνιστωσών είναι ίσα (Ausb-Alsb=Alsb), τότε Για διαμόρφωση 100% (m =l), το πλάτος κάθε πλευρικής ζώνης συχνοτήτων θα είναι το μισό του πλάτους του φέροντος. Κατά συνέπεια, κάθε πλευρικής ζώνη συχνοτήτων θα είναι 6 DM λιγότερο από το φέρον, ή ένα τέταρτο της ισχύος του φέροντος. Δεδομένου όη το φέρον δεν αλλάζει με τη διαμόρφωση πλάτους, η

14 συνολική ισχύς στο 100% διαμορφωμένο σήμα είναι 50% υψηλότερη απ ότι στο μη διαμορφωμένο φέρον. Τα αποτελέσματα της μεταβολής δυο από τις ριθμήσιμες παραμέτρους στη διαμόρφωση πλάτους, του βαθμού διαμόρφωσης m και της συχνότητας διαμόρφωσης FM, φαίνονται στο σχήμα 1.6 στο πεδίο του χρόνου. Το πλάτος της τιεριβάλλουσας του διαμορφωμένου σήματος μεταβάλλεται γραμμικά με το m. Αυτό φαίνεται στο σχήμα 1.6: m - 0 m * 0.2 Σχήμα 1.6: Αποτελέσματα της μεταβολής του βαθμού διαμόρφωσης m και της συχνότητας διαμόρφωσης FM στο πεδίο του χρόνου Το σήμα γίνεται πλήρως διαμορφωμένο όταν m =l. για τιμές m > 1 δημιουργούνται υπερδιαμορφωμένα σήματα που δεν μπορούν να ανακτηθούν καλά στα περισσότερα συστήματα ανίχνευσης.

15 Στο ττεδιο της συχνότητας ο δείκτης διαμόρφωσης μπορεί να υπολογιστεί ως εξής: α) Για γραμμική αναπαράσταση του φάσματος από την σχέση: β) Για λογαριθμική αναπαράσταση του φάσματος (Σχήμα 8) εάν Asb,db είναι το πλάτος της κάθε πλευρικής σε db, Ac,db είναι το πλάτος της φέρουσας σε db και d,db είναι η διαφορά τους (d=ac,db-asb,db), τότε ο δείκτης διαμόρφωσης υπολογίζεται από την σχέση: Σχήμα 1.8: Λογαριθμική αναπαράσταση του φάσματος Αύξηση του FM προκαλεί αύξηση στην συχνότητα του σήματος της περιβάλλουσας, όπως φαίνεται στο σχήμα ΙΦ ΙΝ # Σχήμα 1.9: Συχνότητα του σήματος της περιβάλλουσας με αυξημένο FM

16 Για τις περισσότερες εφαρμογές διαμόρφωσης πλάτους, το FM λαμβάνει να είναι πολύ μικρότερο από τη συχνότητα του φέροντος, fc Ισολογισμός ισχύος στην πλήρη AM διαμόρφωσ/7 Ως γνωστόν η ισχύς ενός ημιτονοειδούς σήματος είναι ανάλογη προς το τετράγωνο του πλάτους του. Έτσι η ολική ισχύς στην δεδομένη περίπτωση θα είναι το άθροισμα της ισχύος του φέροντος και της ισχύος στις πλευρικές ζώνες συχνοτήτων, δηλαδή: Ισχύς φέροντος: = ka] Ισχύς πλευρικών ζωνών: j Ολική εκπεμπόμενη ισχύς: P,o.o,= P.+ P usb+plsb όπου k είναι μια σταθερά αναλογίας Κάθε πομπός περιορίζεται από την ισχύ που μπορεί να χρησιμοποιηθεί (περισσότερη ισχύς σημαίνει μεγαλύτερες συσκευές και πρόκληση επιπλέον παρεμβολών στους κοντινούς σταθμούς). Από την άλλη πλευρά ο δέκτης εξάγει τις αρχικές πληροφορίες από την ισχύ των σημάτων που λαμβάνει. Όσο μεγαλύτερη είναι η λαμβανόμενη ισχύς τόσο ευκολότερα μπορεί να ανακτηθεί το επιθυμητό σήμα. Η ισχύς στις πλευρικές ζώνες συχνοτήτων εξαρτάται από την τιμή του δείκτη διαμόρφωσης. Όσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό της διαμόρφωσης, τόσο υψηλότερη είναι και η ισχύς των πλευρικών ζωνών συχνοτήτων.

17 Η μεγίστη ισχύς εμφανίζεται στις πλευρικές ζώνες συχνοτήτων όταν το φέρον είναι 100% (m =l) διαμορφωμένο. Η ισχύς σε κάθε αντίστοιχη πλευρική ζώνη συχνοτήτων, δίνεται στην περίπτωση αυτή από την σχέση: Pusb=Plsb=1<^ USB LSB ^ = Η οποία δείχνει ότι η ισχύς σε κάθε πλευρική ζώνη συχνοτήτων είναι το ένα τέταρτο, ή 25%, της ισχύος του φέροντος. Δεδομένου ότι υπάρχουν δυο πλευρικές ζώνες συχνοτήτων, η συνολική ισχύς του θα είναι το 50% της ισχύος του φέροντος. Ο λόγος της χρήσιμης ισχύος προς την ισχύ ' απόδοση ισχύος και είναι: sidebands power rr? H total power \ + m~ H 2 + m^ I φέροντος ονομάζεται Έτσι για m=l λαμβάνεται 33% απόδοση ισχύος το όποιο σημαίνει ότι μονό το ένα τρίτο της εκπεμπόμενης ισχύος παρέχει της χρήσιμες πληροφορίες. Ο Όρος του φέροντος δεν περιέχει οποιεσδήποτε πληροφορίες για το σήμα μηνύματος Sm(t), και ως εκ τούτου η ισχύς που δαπανάται στο φέρον αποτελεί κατ ουσίας σπάταλη κατά λήψης και τα κυκλώματα των αδιαμόρφωτων. Για την αποφυγή της σπατάλης ισχύος στο φέρον αυτό δεν θα πρέπει να μεταδοθεί. Έτσι ορίζεται ένας άλλος τύπος της διαμόρφωσης πλάτους, η διαμόρφωση πλάτους χωρίς φέρον (Double - Sideband Suppressed - Carrier modulation DSB-SC). Χρήση αυτού του τύπου τη διαμόρφωσης απαιτεί πολυπλοκότερους και ακριβότερους δέκτες ώστε να είναι εφικτή η σωστή αναδιαμόρφωση του DSB-SC σήματος Διαμόρφωση όιπλής πλευρικής ζώνης χωρίς φέρον (Double Sideband Suppressed Carrier (DSB-SC) Modulation) Όπως ειπώθηκε προηγουμένως η συνιστώσα του φέροντος στην πλήρη AM ή DSB-LC διαμόρφωση δεν περιέχει οποιεσδήποτε πληροφορίες, και κατά συνέπεια πρέπει να αφαιρεθεί ή να κατασταλεί κατά τη διαμόρφωση για να εmτευχτεί υψηλότερη απόδοση ισχύος. Αυτού του είδους η διαμόρφωση καλείται διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης χωρίς φέρον (Double Sideband Suppressed Carrier (DSB- SC) modulation) Έστω το φέρον της μορφής 16

18 s^(l)= cos(h>^/) otov Wj = 2π/^ Διαμορφωμένο από ένα ημιτονοειδές σήμα της μορφής ^Λ>)= cos(wj) οτου = 2π/ Το διαμορφωμένο σήμα είναι απλά το γινόμενο των δυο σημάτων 1.8,1.9 ί(/)= cos{w j)a^ cos(w^i) = cos(w, + cos(w, - > Σχήμα 1.10: Διαμορφωτής AM και σήμα OSB-SC Και το πλάτος του μεταβάλλεται μεταξύ των ημών ± (Α^Α^)

19 Παρατηρήσεις; > Όλη η εκπεμπόμενη ισχύς περιλαμβάνεται στις δυο πλευρικές ζώνες συχνοτήτων (το φέρον δεν είναι παρόν. > Το εύρος ζώνης είναι δυο φόρες το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος. > Η USB ζώνη περιέχει τα θετικά συστατικά του Sm(t) και η LSB ζώνη περιέχει τα αρνητικά συστατικά του Sm(t) Παραγωγή και ανίχνευση του DSB-SC σήματος Η απλούστερη μέθοδος δημιουργίας ενός DSB-SC σήματος είναι να φιλτραριστεί το φέρον από ένα DSB-LC σήμα. Διαθέτοντας το φέρον αναφοράς, η διαμόρφωση και η αποδιαμόρφωση (ανίχνευση) μπορούν να επιτευχθέν χρησιμοποιώντας τις συσκευές γινόμενου ή τους ισοσταθμισμένους διαμορφωτές Ισοσταθμισμένος διαμορφωτής

20 Αποτελείται από δυο διαμορφωτές AM DSB-LC σε ισορροπημένη διάταξη ώστε να κατασταλεί το φέρον. Σχήμα 1.12: Ισοσταθμισμένος Διαμορφωτής AM Οι δυο διαμορφωτές είναι ίδιοι εκτός από την αντίστροφη του σήματος εισόδου σε έναν από αυτούς. Έτσι, 5, (ί) = A^{[ + m cos(m' /))cos(w/ ) $2 (t) = A^(\-m cos{wjy)cos(w/) και;. ( / ) =., (l)-5,(l) = 2mA^ cos(w,i)cos(w/) Σύγχρονος ή σύμφωνος ανιχνευτής of DSB-SC (Ανιχνευτής γινόμενου) Δεδομένου ότι το φέρον καταστέλλεται ο αποδιαμορφωτής φακέλου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναδιαμόρφωση DSB-SC σήματος. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται σύγχρονοι αποδιαμορφωτές και το Block διάγραμμα ενός τέτοιου συστήματος φαίνεται παρακάτω.

21 ι Σχήμα 1.13: Ανιχνευτής γινόμενου για αποδιοργάνωση DSB-SC σήματος Έχουμε, ν(/)= s{l)cos{wj)= cos(w f)cos(w^/)y (i) cos(2w^/)y, (/) of wanted signal Και μετά το χαμηλοπέρατο φίλτρο: (ί) = -^ (/) Για μια κατάλληλη ανάκτηση του σήματος θα πρέπει,. Στην παραπάνω περίπτωση θα πρέπει να επττευχτεί συγχρονισμός και στη συχνότητα και στη φάση ανάμεσα στον πομπό και στον δεκτή και επομένως και η συχνότητα και η φάση του φέροντος στον πομπό θα πρέτιει να είναι γνωστά στον δέκτη για την σωστή εοωδιοργάνωση. 1.3 Αποδιαμόρφωση πλάτους Το σήμα βασικής ζώνης μπορεί να ανακτηθεί από το AM σήμα στον δεκτή με το απλό κύκλωμα του σχήματος 1.14:

22 a Σχήμα 1.14: Αποδιοργάνωση περιβάλλουσας σημάτων AM a) Αποδιαμόρφωση περιβάλλουσας b) Σωστή αποδιαμόρφωση c) RC πολύ μεγάλο d) RC πολύ μικρό Εφόσον για το μέτρο του πληροφοριακού σήματος ισχύει λγ(/) < 1 η περιβάλλουσα του σήματος στο δέκτη δεν περνά ποτέ από το μηδέν και το θετικό τμήμα της περιβάλλουσας προσεγγίζει το σήμα της πληροφορίας. Αυτό λαμβάνεται ανορθώνοντας το σήμα στο δεκτή και εξομαλύνοντας την ανορθωμένη κυματομορφή με ένα κύκλωμα φίλτρου RC. Για καλύτερη λειτουργία θα πρέπει fc» F M και η σταθερά χρόνου RC να έχει επιλεγεί κατάλληλα ώστε η μεγίστη αρνητική κλίση της περιβάλλουσας να μην υπερβαίνει ποτέ την κλίση εκθετικής εκφόρτωσης. 1.4 Γωνιακή διαμόρφωση Εισαγωγή

23 Ένα γωνιακά διαμορφωμένο σήμα έχει την μορφή: 005ίΒ^/+φ(/)] Όπου η στιγμιαία φάση του δίνεται από την σχέση: θ,(ί) = ω^/ +Φ (0 Και η στιγμιαία γωνιακή συχνότητα του δίνεται από την σχέση: ' dt ^ dt όπου φ(ί) ορίζεται ως η στιγμιαία απόκλιση φάσης και άφ(ί)/(1ί ορίζεται ως η σπγμιαία απόκλιση συχνότητας αντίστοιχα του διαμορφωμένου σήματος. Η γωνιακή διαμόρφωση μπορεί να χαρακτηριστεί είτε ως διαμόρφωση συχνότητας είτε ως διαμόρφωση φάσης. Διαμόρφωση συχνότητας (Frequency Modulation -FM): Η στιγμιαία απόκλιση συχνότητας του διαμορφωμένου φέροντος όσον αφόρα τη συχνότητα του μη διαμορφωμένου φέροντος είναι άμεσα ανάλογη προς το στιγμιαίο πλάτος του διαμορφώνοντος σήματος, δηλαδή ισχύει: ^ +φ(?ο), Όπου kf η σταθερά απόκλισης συχνότητας (σε rad/volt*sec) Διαμόρφωση φάσης (Phase Modulation - PM): Η στιγμιαία απόκλιση φάσης του διαμορφωμένου φέροντος όσον αφορά τη φάση του μη διαμορφωμένου σήματος είναι άμεσα ανάλογη προς το στιγμιαίο πλάτος του διαμορφώνοντας σήματος, δηλαδή ισχύει: Φ (ί)= λρ 40 Όπου kp η σταθερά απόκλισης φάσης (σε rad/volt).

24 1.4.2 Ορισμοί Εάν δηχθούμε όπ το σήμα πληροφορίας είναι ένας τόνος της μορφής: χ(ΐ)= Α c o sa j Τότε η στιγμιαία απόκλιση φάσης του διαμορφωμένου φέροντος θα δίνεται από τις σχέσεις; φ(/)= cosro / για ΡΜ, και ψ(ί)= /ω^)8ϊηω / γιαρμ Όταν δεχτούμε ότι / ( - <») = 0 για την περίπτωση FM. Το διαμορφωμένο σήμα στην περίπτωση FM θα δίνεται από τη σχέση: Α^ cosfs^,i+ /η5ϊηω ί], Όπου η παράμετρος m καλείται ο δείκτης διαμόρφωσης και δίνεται από τις σχέσεις: m = k^a^ για ΡΜ, και «= /ω )= ^ = Δφ για FM, fin Δίρ= μεγίστη απόκλιση συχνότητας, FM= συχνότητα του διαμορφώνοντος σήματος, και Δφρ= μεγίστη απόκλιση φάσης σε ακτίνια. Ό δείκτης διαμόρφωσης m ορίζεται μόνο για διαμόρφωση με ημχτονκό σήμα και παριστάνει την μέγιστη φασική απόκλιση που προκαλεί το ημιτονικό διαμορφώνον σήμα. Για την γωνιακή ατωδιοργάνωση, δεν υπάρχει κανένα συγκεκριμένο όριο στο δείκτη διαμόρφωσης και έτσι δεν υπάρχει καμία αντιστοιχία με την διαμόρφωση AM. 23

25 Αυτή η έκφραση μας λέει ότι ο δείκτης διαμόρφωσης είναι πραγματικά μια ένδειξη της μεγίστης απόκλισης φάσης, ακόμη και στην περίπτωση της FM διαμόρφωσης. Επίσης, σημειώστε ότι οι ορισμοί για τη διαμόρφωση φάσης δεν περιλαμβάνουν τη συχνότητα του διαμορφώνοντος σήματος. Εντούτοις, η συχνότητα του διαμορφώνοντος σήματος είναι σημαντικό στη FM. Στην έκφραση για το δείκτη διαμόρφωσης, είναι ο λόγος της μεγίστης απόκλισης συχνότητας προς την συχνότητα διαμόρφωσης που είναι ίσος με την απόκλιση φάσης. Συγκρίνοντας αυτήν την βασική εξίσωση με δυο ορισμούς της γωνιακής διαμόρφωσης ^ρατηρούμε τα εξής: 1) Ένα ημιτονικό φέρον που διαμορφώνεται με ένα απλό ημίτονο σταθερής συχνότητας και πλάτους θα έχει τις ίδιες ιδιότητες σήματος (δηλαδή την ιδία φασματική επίδειξη) και στην διαμόρφωση συχνότητας κα στην διαμόρφωση φάσης. Διάκριση μπορεί σε αυτήν την περίπτωση να γίνει μονό από την απευθείας σύγκριση του σήματος με το σήμα διαμόρφωσης, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 1.15: FM και ΡΜ σήματα διαμορφωμένα από φέρον με σταθερή συχνότητα κι πλάτος 2) Η διαμόρφωση φάσης μπορεί γενικά να μετατραπεί σε διαμόρφωση συχνότητας επιλέγοντας την απόκριση συχνότητας του διαμορφωτή έτσι ώστε η τάση εξόδου να είναι ανάλογη με 1/fm (ολοκλήρωση του διαμορφώνοντος σήματος). Το

26 αντίστροφο είναι ετησης αληθινό εάν η τάση εξόδου του διαμορφωτή είναι ανάλογη μ( fin (διαφόριση του διαμορφώνοντος σήματος). Ετιειδή η διαμόρφωση φάσης μπορεί να εφαρμοστεί στο στάδιο ενίσχυσης ενός πομπού, ένας πολύ σταθερός κρύσταλλο-ελεγχόμενος ταλαντωτής πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Κατά συνέπεια, έμμεσο FM χρησιμοποιείται συνήθως στους VHF και τους UHF σταθμούς ετηκοινωνίας όπου απαιτούνται ιδιαιτέρα σταθερές συχνότητες φορέων. Μπορούμε να δούμε ότι το πλάτος του διαμορφωμένου σήματος παραμένει πάντα σταθερό, ανεξάρτητα από το πλάτος του διαμορφωμένου σήματος παραμένει πάντα σταθερό, ανεξάρτητα από το πλάτος και τη συχνότητα του διαμορφώνοντος σήματος. Το διαμορφώνον σήμα δεν προσθέτει καμία ισχύ στο φέρον στη γωνιακή διαμόρφωση όπως κάνει με τη διαμόρφωση πλάτους. Η μαθημαηκή επεξεργασία δείχνει ότι, σε αντίθεση με τη διαμόρφωση πλάτους, η γωνιακή διαμόρφωση ενός ημιτόνιου φέροντος με ένα ημιτονικό σήμα διαμόρφωσης παράγει έναν άπειρο αριθμό πλευρικών ζωνών συχνοτήτων που χωρίζονται κατά ίσα διαστήματα από τη συχνότητα διαμόρφωσης FM. Με αλλά λόγια, η διαμόρφωση AM είναι μια γραμμική διαδικασία, ενώ η διαμόρφωση FM είναι μια μη γραμμική διαδικασία. Για την ανίχνευση του διαμορφώνοντος σήματος, όλες οι πλευρικές ζώνες συχνοτήτων πρέπει να μεταδοθούν. Τα φασματικά συστατικά (συμπεριλαμβανόμενου του τμήματος του φέροντος) αλλάζουν τα πλάτη τους όταν αλλάζει ο δείκτης διαμόρφωσης. Το άθροισμα των τετραγώνων αυτών των συστατικών παράγει πάντα ένα σύνθετο σήμα με μια μέση ισχύ που παραμένει σταθερή και ίση με την μέση ισχύ του μη διαμορφωμένου σήματος. Οι καμπύλες στο σχήμα 1.16 δείχνουν τη σχέση (συνάρτηση Bessel) μεταξύ των πλατών του φέροντος και των πλατών των πλευρικών ζωνών συχνοτήτων του διαμορφωμένου κύματος σαν συνάρτηση του δείκτη διαμορφώσας m. Παρατηρούμε όη η συνιστώσα του φέροντος Jo και οι διαφορές πλευρικές ζώνες συχνοτήτων J έχουν μηδενικό πλάτος για συγκεκριμένες τιμές του m. Από αυτές τις καμπύλες μπορούμε να καθορίσουμε τα πλάτη του φέροντος και των πλευρικών ζωνών συχνοτήτων σε σχέση με το μη διαμορφωμένο φέρον.

27 πλάτη: Παραδείγματος χάριν, βρίσκουμε για δείκτη διαμόρφωσης m=3 τα ακόλουθα Φέρουσα Jo=-0,27 Πρώτης τάξης πλευρική ζώνη συχνοτήτων Ji=0,33 Δεύτερης τάξης πλευρική ζώνη συχνοτήτων 32=0,48 Τρίτης τάξης πλευρική ζώνη συχνοτήτων διάταξης 33=0,33 κ.λχ. 1.5 Εύρος ζώνης των σημάτων FM Στην πράξη το φάσμα ενός FM σήματος δεν είναι άπειρο. Τα πλάτη των πλευρικών ζωνών συχνοτήτων γίνονται αμελητέα περά από μια διάφορα συχνότητας από την συχνότητα του φέροντος, που εξαρτάται από τον δείκτη διαμόρφωσης m. 26

28 Μπορούμε να καθορίσουμε το εύρος ζώνης που απαιτείται για χαμηλής παραμόρφωσης μετάδοση με τον υπολογισμό του αριθμού τα»ν σημαντικών πλευρικών ζωνών συχνοτήτων. (Οι σημαντικές πλευρικές ζώνες είναι όλες εκείνες οι πλευρικές ζώνες συχνοτήτων που έχουν πλάτος τουλάχιστον ένα τοις εκατό (-40 DB) του τιλάτους του μη διαμορφωμένου φέροντος). Θα ερευνήσουμε τώρα τη φασματική συμπεριφορά ενός σήματος FM γι διαφορεπκές τιμές των m. Στο σχήμα 1.17 βλέπουμε τα φάσματα ενός σήματος για m=0,2, 1, 5 και 10. Το ημιτονοειδές διαμορφώνον σήμα έχει σταθερή συχνότητα FM, έτσι το m είναι ανάλογο προς το πλάτος του. ic*»m fc 2Af J l -I Bandwidth -2LM H I l. l I I I. I I I. " Bandwidth Σχήμα 1.17: Φάσματα ενός σήματος FM για m=0.2,1, 5 κ( Στο σχήμα 1.18 το πλάτος του διαμορφώνοντος σήματος κρατιέται σταθερό και το m ποικίλλει με την αλλαγή της συχνότητας του διαμορφώνοντος σήματος. Σημειώστε ότι τα επιμέρους φασματικά συστατικά παρουσιάζονται για m=5, 10 και 15. Για m 00, τα συστατικά δεν διακρίνονται, αλλά η περιβάλλουσα είναι σωστή. Δυο σημαντικά γεγονότα προκύπτουν από τα σχήματα 17 & 18:

29 m = 5 m = 10.illll.liJ.I.I.II m = 15 ill.l.l.lli» fc 2Λί- I Af Af ^ h Af H Σχήμα I.I8: Φάσματα ενός σήματος FM για m =5,10 και 15 και με το πλάτος τι διαμορφώνοντος σήματος σταθερό (1) Για πολύ χαμηλούς δείκτες διαμόρφωσης (m λιγότερο από 0.2), παίρνουμε μονό ένα σημαντικό ζευγάρι των πλευρικών ζωνών συχνοτήτων. Η απαραίτητη ζώνη μετάδοσης (Bandwidth - Β) είναι σε αυτήν την περίπτωση δυο φορές το FM, (5» 2 fin) όπως και στην AM διαμόρφωση. (2) Για τους πολύ υψηλούς δείκτες διαμόρφωσης (το m περισσότερο από 100), το εύρος ζώνης είναι δυο φορές το Δίρ. (3) Για τις τιμές του m μεταξύ αυτών των ορίων, πρέπει να μετρήσουμε τις σημαντικές πλευρικές ζώνες συχνοτήτων για να καθορίσουμε το εύρος ζώνης μεταδότης. Στις περιπτώσεις αυτές το εύρος ζώνης μετάδοσης προσδιορίζεται από την σχέση (κανόνας του Carson): Β = 2{m + \)fm = 2CVp +

30 Τα αποτελέσματα της μεταβολής του δείκτη m διαμόρφωσης, σε ένα διαμορφωμένο κατά συχνότητα σήμα φαίνονται στο σχήμα Τα κύρια σημεία που παρατηρούνται είναι; Με την αύξηση του m, παρουσιάζεται αυξανομένη μεταβολή στη στιγμιαία συχνότητα στο πεδίο του χρόνου. Με την αύξηση του m, υψηλότερης τάξης πλευρικές ζώνες συχνοτήτων γίνονται όλο και περισσότερο σημαντικές. Για συγκεκριμένες τιμές του, τα διάφορα πλάτη των πλευρικών συνιστωσών γίνονται μηδέν. I m Σχήμα 1.19: Αποτελίσματα της μεταβολής του δείκτη m διαμόρφωσης, σε ένα διαμορφωμένο κατά συχνότητα σύστημα Το σχήμα 1.20 παρουσιάζει τις απαιτήσεις εύρους ζώνης για μετάδοση με χαμηλή παραμόρφωση σε σχέση με το.

31 4 ^ Ό Ό C QQ m Σχήμα 1.20: Απαιτήσεις εύρους ζώνης για μετάδοση με χαμηλή παραμόρφωση σε σχέση με το m Για τη μετάδοση φωνής, ένας υψηλότερος βαθμός παραμόρφωσης μπορεί να είναι ανεκτός δηλαδή μπορούμε να αγνοήσουμε όλες τις πλευρικές ζώνες συχνοτήτων με λιγότερο από 10% της τάσης του φέροντος (-20 DB). Μπορούμε να υπολογίσουμε το απαραίτητο εύρος ζώνης Β χρησιμοποιώντας την προσεγγιστική σχέση του Carson όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως. 1.6 Συστήματα διαμόρφωσης φέροντος Προκειμένου να μεταδοθεί ψηφιακή πληροφορία μέσα από κανάλια διέλευσης ζώνης στις χαμηλές συχνότητες θα πρέπει να μεταφερθεί αυτή η πληροφορία σε ένα φέρον σήμα κατάλληλης συχνότητας, πράγμα το όποιο μπορεί να γίνει με πολλούς και διαφορετικούς τρόπους. Παρακάτω θα μελετήσουμε ης πιο συνηθισμένες στην πράξη τεχνικές ψηφιακής διαμόρφωσης στις οποίες η ψηφιακή πληροφορία μεταβάλλει το τιλάτος, τη φάση ή την συχνότητα του φέροντος κατά διακριτά τμήματα όπως φαίνεται στο σχήμα 1.21:

32 Σχήμα 1.21: Τεχνικές ψηφιακής διαμόρφωσης κατά διακριτά τμήματα Η κυματομορφή που ατιεικονίζεται στο a) αντιστοιχεί σε συστήματα διαμόρφωσης διακριτού πλάτους, όπου το πλάτος του φέροντος μετάγεται σε μια από τις δυο τιμές on και off και η κυματογράφο που προκύπτει αποτελείται από παλμούς εντός - on που παριστάνουν το δυαδικό 1 (εκπομπή) και εκτός - off που παριστάνουν το δυαδικό μηδέν. Η παραπάνω διαδικασία αντιστοιχεί σε συστήματα διαμόρφωσης διακριτού πλάτους ή συστήματα με κλείδωμα μεταλλαγής πλάτους (ASK - Amplitude Shift Keying). Η κυματομορφή που εικονίζεται στο b) αντιστοιχεί σε σύστημα διαμόρφωσης διακριτής συχνότητας, όπου η συχνότητα του φέροντος μετάγεται σε μια από τις δυο τιμές που παριστάνουν το δυαδικό 1 και το δυαδικό μηδέν. Η παραπάνω διαδικασία αντιστοιχεί σε συστήματα διαμόρφωσης διακριτής συχνότητας ή σύστημα με κλείδωμα μεταλλαγής συχνότητας (FSK - Frequency Shift Keying). Η κυματομορφή που εικονίζεται στο c) αντιστοιχεί σε συστήματα διαμόρφωσης διακριτής φάσης, όπου η φάση του φέροντος μετάγεται σε μια από τις δυο τιμές που παριστάνουν το δυαδικό 1 και το δυαδικό μηδέν. Η παραπάνω διαδικασία ανηστοιχεί σε συστήματα διαμόρφωσης φάσης ή συστήματα με κλείδωμα μεταλλαγής φάσης (PSK - Phase Shift Keying). Στις περιπτώσεις FSK και PSK το πλάτος του φέροντος παραμένει σταθερό. Γενικά η κατασκευή συστημάτων ψηφιακής διαμόρφωσης είναι απλή και έχει πολύ καλές επιδόσεις στον προσθετό θόρυβο που εισάγεται κατά την διάδοση, με

33 αντίπμο όμως δα^νούμενο εύρος ζώνης που απαιτείται για την μετάδοση του σήματος. 2 Μετάδοση AM 2.1 Γραμμές μεταφοράς Στα ραδιοετηκοινωνιακά συστήματα, το σήμα RF παράγεται από τον πομπό και στέλνεται στον ελεύθερο χώρο με τη βοήθεια της κεραίας. Στη συνεχεία το σήμα λαβώνεται δια μέσου της κεραίας λήψης και οδηγείται στο δεκτή. Δηλαδή η κεραία είναι μια διάταξη που ενεργεί σαν διασύνδεση μεταξύ του πομπού και του ελευθέρου χώρου και του δεκτή. Μετατρέπει την RF ισχύ του πομπού σε ηλεκτρομαγνητικά σήματα τα οποία μπορούν να διαδοθούν σε μεγάλες αποστάσεις και επίσης είναι η διάταξη που συλλέγει τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα και τα μετατρέπει σε σήματα για τον δεκτή. Εφόσον οι κεραίες τοποθετούνται τυπικά μακριά από του πομπούς και του δέκτες, χρησιμοποιούνται γραμμές μεταφοράς για τη μεταφορά της ισχύος προς και από την κεραία. Μια γραμμή μεταφοράς είναι ένα καλώδιο δυο συρμάτων που χρησιμοποιείσαι για τη μεταφορά της RF ενέργειας στην επιθυμητή απόσταση. Υπάρχουν δυο βασικοί τύποι γραμμής μεταφοράς με σύρμα. Η ισοσταθμισμένη γραμμή και το ομοαξονικό καλώδιο. Η ισοσταθμισμένη γραμμή αποτελείται από δυο παραλλήλους αγωγούς στερεωμένους με μονωτικά διαχωρίστηκα. Σ αυτή το ίδιο ρεύμα ρέει σε κάθε σύρμα σε σχέση με τη γη αλλά με διάφορα φάσης 180 μεταξύ τους. Ο άλλος τύπος γραμμής μεταφοράς είναι ο ομοαξονικό καλώδιο. Αποτελείται από ένα κεντρικό αγωγό που περιβάλλεται από ένα πλαστικό μονωτή. Επάνω από τον μονωτή είναι ένας δεύτερος αγωγός, ένα πλέγμα από σύρματα. Ένα εξωτερικό πλαστικό προστατεύει και μονώνει το πλεντάζ. Το ομοαξονικό καλώδιο είναι μια μη ισοσταθμισμένη γραμμή εφόσον το ρεύμα στον κεντρικό αγωγό έχει σαν αναφορά το μπλεντάζ που είναι γείωση.

34 2.2 Μήκος κύματος Τα ηλ κτρομαγνητικά ιούματα διαδίδονται στο ελεύθερο χώρο με τιετιερασμένη ταχύτητα. Αν πάρουμε ένα στιγμιότυπο του κύματος σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, η απόσταση στο χώρο δυο διαδοχικών μέγιστων ή ελάχιστων του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, λέγεται μήκος κύματος. Δηλαδή το μήκος κύματος είναι η απόσταση στην οποία το κύμα διατρέχει στο χώρο που απαιτητέ για ένα πλήρη κύκλο του κύματος. Για ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα συχνότητας f, που διαδίδεται στο χώρο έχει μήκος κύματος που δίνεται από τον τύπο λ=300/ί, όπου το μήκος κύματος δίνεται σε μετρά, όταν η συχνότητα εκφράζει ΜΗζ. Παράδειγμα Ένα σήμα συχνότητας 50ΜΗζ έχει μήκος κύματος λ=300/50= 6m. Όμως η ταχύτητα το σήματος σε μια γραμμή μεταφοράς είναι μικρότερη από την ταχύτητα ενός ραδιοσήματος στον ελεύθερο χώρο. Αυτό οδηγεί στον ορισμό ενός παράγοντα F που είναι ο λόγος της ταχύτητας μετάδοσης στη γραμμή μεταφοράς Vl προς την ταχύτητα μετάδοσης στον ελεύθερο χώρο Vs, δηλαδή F = V^IVg. Οι παράγοντες ταχύτητας σης γραμμές μεταφοράς κυμαίνονται από 0,6 έως 0,8. Αυτός ο παράγοντας ταχύτητας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν υπολογίζεται το μήκος μιας γραμμής μεταφοράς σε μήκος κύματος. Ο τύπος που δίνει το μήκος κύματος ενός σήματος σε μια γραμμή μεταφοράς είναι λ=300ρ/γ όπου το λ δίνεται σε μέτρα αν η συχνότητα f εκφράζεται σε ΜΗζ.

35 Παράδειγμα; Ποιο είναι το πραγματικό μήκος σε μετρά ενός λ74 ομοαξονικού καλωδίου με παράγοντα ταχύτητας 0,65 στα 50 ΜΗζ. Απάντηση. ^ _ 300F _ 300X 0,65 / 50 Επομένως = = Σύνθετη αντίσταση γραμμής μεταφοράς Όταν το μήκος μιας γραμμής μεταφοράς είναι μεγαλύτερο από μερικά μήκη κύματος στη συχνότητα του σήματος, οι δυο παράλληλοι αγωγοί της γραμμής μεταφοράς εμφανίζονται σαν μια σύνθετη αντίσταση. Τα σύρματα παρουσιάζουν σημαντική αυτεπαγωγή σε σειρά στις υψηλές συχνότητες. Επιπλέον, υπάρχει μια χωρητικότητα μεταξύ των παράλληλων αγωγών. Το αποτέλεσμα είναι ότι σε ένα υψηλόσυχνο σήμα η γραμμή μεταφοράς εμφανίζεται σαν ένα χαμηλοπέρατο φίλτρο με κατανεμημένα στοιχεία, όπως φαίνεται στο σχήμα, αποτελούμενο από πηνία και αντιστάτες σε σειρά και παραλλήλους τιυκνωτές Μια γεννήτρια RF που συνδέεται στη γραμμή μεταφοράς «βλέπει» μια σύνθετη αντίσταση η οποία είναι χαρακτηριστική για τη γραμμή μεταφοράς, που δεν εξαρτάται από το μήκος της. Η σύνθετη αντίσταση μιας γραμμής μεταφοράς εκφράζεται σε συνάρτηση με τα φυσικά μεγέθη του καλωδίου. Η βασική έκφραση για την χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση μιας γραμμής μεταφοράς δυο παράλληλων συρμάτων είναι Z = o g f% ) Σ αυτή την έκφραση S είναι η απόσταση (σε ίντσες) μεταξύ των κέντρων των παράλληλων γραμμών και D είναι η διάμετρος των αγωγών (σε ίντσες).

36 Σχήμα 2.2: Γραμμές μεταφοράς δυο παράλληλων συρμάτων και ομοαξονικού καλωδίου Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση ενός ομοαξονικού καλωδίου δίνεται από τη έκφραση; Ζ = 1381og(^ ^. Εδώ το D είναι η εσωτερική διάμετρος σε ίντσες του πλέγματος περιτύλιξης και d η διάμετρος του εσωτερικού αγωγού. 2.4 Προσαρμογή γραμμής μεταφοράς Για τη σωστή λειτουργία μιας γραμμής μεταφοράς, πρέπει αυτή να τερματίζει σε μια ωμική σύνθετη αντίσταση ίση με τη χαρακτηριστική της σύνθετη αντίσταση. Για παράδειγμα, ένα 50Ω ομοαξονικό καλώδιο, πρέπει να τερματίζει σε μια 50Ω σύνθετη αντίσταση, όπως φαίνεται στα σχήματα 2.3,2.4, 2.5. Αν το φορτίο είναι μια κεραία, τότε η κεραία πρέπει να φαίνεται σαν μια αντίσταση των 50Ω. όταν η σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς είναι σε προσαρμογή, η μετάδοση είναι ιδανική και έχουμε μεταφορά μεγίστης ισχύος μείον οποιεσδήποτε ωμικές απώλειες στη γραμμή Αν η σύνθετη αντίσταση φορτιού είναι διαφορετική από τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση γραμμής, τότε δεν θα απορροφηθεί όλη η ισχύς από το φορτίο. Η ισχύς που δεν καταναλίσκεται στο φορτίο θα ανακλαστεί πάνω στην πηγή. Η ισχύς που πηγαίνει προς το φορτίο καλείται ορθή ή προστήπτουσα ισχύς, ενώ οποιαδήποτε ισχύς που δεν απορροφάται από το φορτίο είναι γνωστή σαν ανακλώμενη ισχύς. Το σήμα στη γραμμή είναι απλώς το αλγεβρικό άθροισμα του προσπίπτοντος και ανακλώμενου σήματος. Μ.

37 2.5 Στάσιμα κύματα Σε μια προσαρμοσμένη γραμμή μεταφοράς το προσπίπτοντος και ανακλώμενο σήμα παράγουν ένα στάσιμο σήμα. Ένα στάσιμο κύμα είναι μια συγκεκριμένη κατανομή πλάτους της τάσης ή της έντασης κατά μήκος μια γραμμής μεταφοράς η οποία δεν τερματίζει στην χαρακτηριστική της συνθέτης αντίστασης. Έτσι το πλάτος της τάση και της έντασης του κύματος κατά μήκος μιας γραμμής μεταφοράς η οποία δεν τερματίζει σωστά, έχει μια σταθερή κατανομή, τη μορφή του στάσιμου κύματος, ενώ η στιγμιαία τιμή της τάσης ή του ρεύματος είναι αρμονική μεταβολή του αντιστοίχου πλάτους στην ιδία συχνότητα του κύματος. Η έννοια των στάσιμων κυμάτων απεικονίζεται καλύτερα θεωρώντας τις δυο χειρότερες περιπτώσεις κακής προσαρμογής στο φορτίο (ή στο άκρο της κεραίας) μιας γραμμής μεταφοράς: ένα ανοιχτό κύκλωμα κι ένα βραχυκύκλωμα. Η περίπτωση /3ραχυκυκλώματος φαίνεται στο σχήμα: Στο σχήμα φαίνεται το πλάτος της τάσης και της έντασης του στάσιμου κύματος κατά μήκος μιας βραχυκυκλωμένης γραμμής μεταφοράς. Με ένα βραχυκύκλωμα στο τερματίζει της γραμμής η τάση είναι μηδέν και η έντασης μεγίστης. Όλη η ισχύς ανακλάται τήσω στη γεννήτρια και βλέπουμε την τάση και την έντασης να κατανέμεται ανάλογα με το μήκος του σήματος.

38 Στο σχήμα φαίνονται τα στάσιμα κύματα σε μια γραμμή μεταφοράς με ανοιχτά άκρα. Με άπειρη σύνθετη αντίσταση, η τάση στο τερματίζει της γραμμής είναι μεγίστης και το ρεύμα μηδέν. Όλη η ενεργεία ανακλάται επομένως δημιουργούνται στάσιμα κύματα τάσης και έντασης. Στην πράξη δεν έχουμε βραχυκύκλωμα ή ανοιχτό κύκλωμα στο τέλος της φοράς, αλλά η σύνθετη αντίσταση φορτιού δεν είναι ίση με την σύνθετη ς γραμμής μεταφοράς, η κακής προσαρμογή θα δημιουργήσει στάσιμα η τάση ή το ρεύμα να μην πέφτει στο μηδέν όπως φαίνεται στο σχήμα. 1 ΦΟΡΤΙΟί V? 9 V W W ^,/ γ V γ Ιμαχ Ιμιν Λ... ^Γ..ιΤ... Σχήμα 2.5: Περίπτωση ο:ε σειρά με φορτίο Το μέγεθος των στάσιμων κυμάτων σε μια γραμμή μεταφοράς προσδιορίζεται από το λόγο του μεγίστου ρεύματος προς το ελάχιστο ρεύμα κατά μήκος της γραμμής ή το λόγο της μεγίστης τάσης προς την ελαχίστη τάση. Αυτοί οι λόγοι καλούνται SWR 9Standing Wave Ratio). 37

39 Η σημασία του SWR είναι ότι δίνει μια σχετική ένδειξη του πόσο ακριβώς ισχύς χάνεται στη γραμμή μεταφοράς. Στις περιπτώσεις του βραχυκυκλώματος και ανοιχτού κυκλώματος της γραμμής μεταφοράς, η τιμή του SWR είναι άπειρη. Αυτό σημαίνει ότι δεν καταναλίσκεται φορτίο εφόσον ανακλάται εξολοκλήρου. Σε μια σωστά τερματιζόμενη γραμμή δεν υπάρχουν στάσιμα κύματα, αυτή είναι μια ιδανική κατασκευή στην οποία SWR=1. Ο SWR μπορεί να υπολογιστεί γνωρίζοντας την σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς Ζο και την πραγμαπκή αντίσταση φορτιού Ζι όπως: Αν Ζ, > Ζο τότε S WR = Αν Ζ, < Ζ τότε SWR = Στην πράξη συμβαίνουν κακές προσαρμογές γι αυτό χρειάζονται διορθώσεις. Μια λύση είναι ο συντονισμός της κεραίας συνήθως ρυθμίζοντας το μήκος της. Μπορούμε, επίσης, να εισάγουμε ένα κύκλωμα προσαρμογής ή ένα συντονισμένο κύκλωμα μεταξύ πομπού και της γραμμής μεταφοράς ή ακόμα ένα balloon. Έτσι μ αυτό τον τρόπο οι σύνθετες ανηστάσεις γίνονται όσες, ελαχιστοποιώντας ή εξαλείφοντας την κακής προσαρμογή. Ο στόχος είναι να επιτευχτεί SWR=1 και οποιαδήποτε τιμή μικρότερη του 2 είναι αποδεκτή. 2.6 Γραμμές μεταφοράς μήκους λ/4 και λ/2 Κομμάτια γραμμών μεταφοράς μικρού μήκους, μέχρι λ/2 σε μήκος, με ανοικτά ή βραχυκυκλωμένα άκρα τέρματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν κυκλώματα συντονισμού ή σαν χωρητικής ή επαγωγικής αντίδρασης. Θεωρείστε τη βραχυκυκλωμένης λ/4 γραμμή όπως φαίνεται στο σχήμα 2.6. Η τάση είναι μηδέν και η έντασης είναι μεγίστης στο τερματίζει. Αλλά στη γεννήτρια, ένα τέταρτο κύματος πίσω, η τάση είναι μεγίστης και το ρεύμα μηδέν. Στη γεννήτρια, η γραμμή φαίνεται σαν ένα ανοιχτό κύκλωμα ή τουλάχιστον μια πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση. Έτσι σ αυτή την περίπτωση η βραχυκυκλωμένης γραμμή λ/4 φαίνεται στην γεννήτρια σαν ένα παράλληλο κύκλωμα συντονισμού.

40 ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ Σχήμα 2.6: Βραχυκυκλωμένης γραμμή λ/4 και λ/2 Αν η βραχυκυκλωμένης γραμμή έχει μήκος λ/2, η εικόνα του στάσιμου κύματος φαίνεται στο σχήμα. Η γεννήτρια βλέτιει την ιδία κατάσταση που ετηκρατεί στο τερματίζει της γραμμής: μηδέν τάση και μεγίστου ρεύμα. Αυτό σημαίνει βραχυκύκλωμα ή πολύ μικρή σύνθετη αντίσταση, αυτό συμβαίνει μόνο αν η γραμμή είναι ακριβώς λ/2 στη συχνότητα της γεννήτριας. Σ αυτή τη περίπτωση, η γραμμή φαίνεται στη γεννήτρια σαν ένα σε σειρά κύκλωμα συντονισμού. Αν το μήκος της γραμμής είναι μικρότερο από λ/4 στη συχνότητα λειτουργίας, η βραχυκυκλωμένης γραμμή φαίνεται σαν ττηνίο στη γεννήτρια. Αν το μήκος της βραχυκυκλωμένης γραμμής είναι μεταξύ λ/4 και λ/2, η γραμμή φαίνεται σαν πυκνωτής στη γεννήτρια. Σχήμα 2.6: Ανοιχτοκυκλωμένη γραμμή λ/4 και λ/2

41 Ενα παρόμοιο σύνολο τιεριπτώσεων λαμβάνεται με μια ανοικτή γραμμή όπως φαίνεται στο σχήμα. Ως προς τη γεννήτρια μια ανοικτή γραμμή λ/4 φαίνεται σαν κύκλωμα συντονισμού σε σειρά, ενώ μια ανοικτή γραμμή λ/2 φαίνεται σαν ένα παράλληλο κύκλωμα συντονισμού, ακριβώς το αντίθετο σε μια βραχυκυκλωμένης γραμμή. Αν η ανοικτή γραμμή είναι μικρότερη από λ74, η γεννήτρια βλέπει μια χωρητικότητα. Αν η ανοικτή γραμμή είναι μεταξύ λ74 και λ/2, η γεννήτρια βλέπει μια επαγωγή. 2.7 Βασικές έννοιες κεραιών Στην εκπομττή, κεραία είναι μια διάταξη αγωγών, που μετατρέπει το RE σήμα, στην είσοδο της, σε ράδιο κύμα που διαδίδεται στο χώρο. Στη λήψη, η κεραία μετατρέπει το ράδιο κύμα που λαμβάνει σε RF σήμα για το δεκτή. Υπάρχουν εκατοντάδες διαφορετικών τύπων κεραιών σε χρήση σήμερα. Σε αυτήν την ενότητα παρουσιάζονται οι βασικοί τύποι. Ένα ραδιοκύματα είναι ένα ηλεκτρομαγνηπκό κύμα, αποτελούμενο από ένα ηλεκτρικό και μαγνητικό κύμα κάθετα μεταξύ τους, το όποιο εκπέμπεται από την κεραία και διαδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις. ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

42 To ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο είναι κάθετα μεταξύ τους και είναι επίσης και τα δυο κάθετα στην διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Η φορά του ηλεκτρικού πεδίου καθορίζει την πόλωση της κεραίας. Αν το ηλεκτρικό πεδίο είναι παράλληλο προς τη γη και λέμε ότι το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι οριζόντια πολωμένο. Αν το ηλεκτρικό πεδίο είναι κάθετο προς τη γη, τότε το κύμα είναι κατακόρυφα πολωμένο. Οι κεραίες που είναι παράλληλες προς τη γη παράγουν οριζόντια πόλωση και οι κεραίες που είναι κάθετα προς τη γη παράγουν κατακόρυφη πόλωση. Για τη βέλτιστη εκπομπή και λήψη ενός ραδιοκύματος πρέπει οι κεραίες εκπομπής και λήψης να έχουν την ιδία πόλωση. 2.8 Κεραία τύπου λ/2 Μια από τις συνηθέστερες κεραίες είναι το δίπολο λ/2, που αποτελείται από κομμάτι σύρματος, ράβδου ή σωλήνα μήκους λ/2 στη συχνότητα λειτουργίας. Η κεραία στην πραγμαηκότητα κόβεται σε δυο λ/4 κομμάτια. Η γραμμή μεταφοράς συνδέεται στο κέντρο. Το δίπολο έχει μια σύνθετη αντίσταση 73Ω στο κέντρο του. Για τη μεγίστης μεταφορά ισχύος πρέπει να υπάρχει προσαρμογή μεταξύ των συνθέτων αντιστάσεων της γραμμής και φορηού (κεραίας). Για το δίπολο, ένα 73Ω ομοαξονικό καλώδιο RG-59/U είναι μια τέλεια γραμμή μεταφοράς και το RG-11/U ομοαξονικό καλώδιο με μια σύνθετη αντίσταση 75Ω προσφέρει επίσης μια εξαιρετική προσαρμογή. Αναδιπλωμένο δίπολο

43 Μια δημοφιλής παραλλαγή του δίπολου λ/2 είναι το αναδιπ>λ)μένο δίπολο όπως φαίνεται στο σχήμα. Όπως το βασικό δίπολο και αυτό έχει μήκος λ/2. Ωστόσο αυτό αποτελείται από δυο παράλλη>νθυς αγωγούς συνδεμένους στα άκρα με μια πλευρά ανοικτή στο κίτρο για σύνδεση με τη γραμμή μεταφοράς. Η σύνθετη αντίσταση του αναδιπλωμένου δίπολου είναι 300Ω και συνεπώς κάνει μια εξαιρετική προσαρμογή με την ευρέως διαθέσιμη 300 Ω διπλή γραμμή. Σχήμα 2.9: Οριζόντιο διάγραμμα ακτινοβολίας ενός οριζοντίου δίπολου λ/2 Οι περισσότερες διπολικές κεραίες τοποθετούνται οριζόντια ως προς τη γη και συνεπώς, θα είναι οριζόντια πολωμένες. Το οριζοντίου διάγραμμα ακτινοβολίας, του οριζόντια πολωμένου δίπολου, φαίνεται στο σχήμα 2.9. Αυτό δείχνει την ακτινοβολουμένη ενεργεία σε κάθε κατεύθυνση. Το διάγραμμα αποτελείται από δυο λοβούς, σε σχήμα του αριθμού οκτώ, με το δίπολο ευθυγραμμισμένο με τον άξονα Όπως βλέπουμε το μεγίστου πόσο της ενέργειας ακτινοβολείται κάθετα στο δίπολο, στις διευθύνσεις 0 και 180. Για το λόγο αυτό, ένα δίπολο είναι μια κατευθυντική κεραία. Όι κεραίες εκπομπής και λήψης αυτού του τύπου για τη μεγίστης εκπομπή σήματος, πρέπει να είναι παράλληλες μεταξύ τους και κάθετες στην ευθεία που ης συνδέει. Αν και τα περισσότερα δίπολα λ/2 τοποθετούνται οριζόντια ως προς τη γη, μπορούν να τοποθετηθούν και κατακόρυφα. Κοιτώντας προς τα κάτω την κεραία, το διάγραμμα ακτινοβολίας είναι ένας τέλειος κύκλος. 42

44 Αυτό σημαίνει ότι η κεραία εκπέμτιει ίσο πόσο ενέργειας προς όλες τις κατευθύνσεις. Μια τέτοια κεραία καλείται παγκατευθυντική. Αν απαιτούνται κατακόρυφη πόλωση και παγκατευθυνότητα δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί δίπολο λ/2. το ίδιο αποτέλεσμα μπορούμε να έχουμε χρησιμοποιώντας ένα λ74 κατακόρυφο όπως φαίνεται στο σχήμα. Αυτή η κεραία είναι γνωστή σαν λ/4 κατακόρυφη κεραία ή κεραία με ετάπεδο γείωσης. Συνήθως τροφοδοτείται με ομοαξονικό καλώδιο, με τον κεντρικό αγωγό συνδεμένους στον κατακόρυφο ακτινοβολητή και το πλεντάζ γειωμένο. Με αυτή τη διευθέτηση, η γη ενεργεί σαν ένας τύπος ηλεκτρικού κατόπτρου, παρέχοντας ουσιαστικά το άλλο λ/4 της κεραίας καθιστώντας την ισοδύναμη με ένα κατακόρυφο δίπολο. Το αποτέλεσμα είναι μια κατακόρυφη πολωμένη παγκατευθυντική κεραία. Σχήμα 2.10; Κατακόρυφη πολωμένη κεραία Η αποτελεσματικότητα αυτής της κεραίας εξαρτάται από μια καλή ηλεκτρική γείωση. Αν δεν μπορεί να γίνει μια καλή ηλεκτρική σύνδεση με τη γη, τότε μπορεί να κατασκευαστεί ένα τεχνητό επίπεδο γείωσης αποτελούμενο από μερικά λ^4 σύρματα τοποθετημένα οριζόντια στη βάση της κεραίας που είναι γνωστά σαν ακτινώσεις radials. Στις πολύ υψηλές συχνότητες, όπου οι κεραίες είναι μικρού μήκους, οποιαδήποτε μεγάλη επίπεδη μεταλλική επιφάνεια μπορεί να παίξει το ρολό ενός αποτελεσματικού ετηπέδου γείωσης. Π.χ. η μεταλλική οροφή ενός αυτοκίνητου αποτελεί ένα θαυμάσιο επίπεδο γείωσης για κεραίες VHF και UHF. Η σύνθετη αντίσταση μιας κατακόρυφης κεραίας με επίπεδο γείωσης είναι ακριβώς η μισή της συνθέτης αντίστασης του δίπολου ή περίπου 36,5 Ω. Επειδή δεν υπάρχει ομοαξονικό καλώδιο 36,5 Ω, συνήθως χρησιμοποιείται ομοαξονικό καλώδιο

45 50Ω για την τροφοδοσία αυτής της κεραίας. Αυτό σημαίνει κακής προσαρμογή SWR=1,39. Αυτός όμως, είναι σχετικά μικρός SWR και δεν προκαλεί οποιαδήποτε σημαντική απώλεια ισχύος. Σχήμα 2.11: Κατακόρυφη πολωμένη κεραία με χρήση γερμένων ακτινώσεων Ένας τρόπος προσαρμογής της συνθέτης αντίστασης της κεραίας είναι η χρήση «γερμένων» ακτινώσεων όπως φαίνεται στο σχήμα. Για κάποια γωνία που εξαρτάται από το ύψος της κεραίας πάνω από το έδαφος, η σύνθετη αντίσταση της κεραίας θα είναι περίπου 50Ω κάνοντας περίπου τέλεια την προσαρμογή με τα ομοαξονικά καλώδια 50Ω. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα μιας κατακόρυφης ποηκοτευάυντικής κεραίας είναι ότι μπορεί να στέλνει σήμα σε οποιαδήποτε κατεύθυνση. Σε πολλά επικοινωνιακά συστήματα αυτό είναι άκρως ετηθυμητό αποτέλεσμα. Υπάρχουν ετηκοινωνιακά συστήματα στα οποία είναι ποιο πλεονεκτικό να περιορίζεται η κατεύθυνση στην οποία τα σήματα στέλνονται η λαμβάνονται. Αυτό επαινεί μια κεραία με κατευθυντικότητα. Το πλεονέκτημα μιας κατευθυντικής κεραίας είναι όη εξαλείφει την παρεμβολή από άλλα σήματα που λαμβάνονται από όλες τις κατευθύνσεις εκτός από αυτή του επιθυμητού σήματος. Όταν χρησιμοποιείται μια κατευθυντική κεραία υπάρχει μεγαλύτερη απόδοση της εκπομπής ισχύος. Συγκεκριμένα, η ισχύς του πομπού μπορεί να εσuαστεί σε μια στενή δέσμη που μπορεί να κατευθυνθεί προς το σταθμό που ενδιαφέρει. 44

46 To συμβατό δίπολο έχει κάποια κατευθυντικότητα στο ότι στέλνει ή λαμβάνει σήματα με κατεύθυνση κάθετα προς το μήκος της κεραίας. Μια τέτοια κεραία καλείται διπλοκατευθυντική. Μονοκατευθυντική είναι η κεραία που στέλνει ή λαμβάνει σήματα προς μόνο μια κατεύθυνση.

47 3 Πομπός AM 3.1 Εισαγωγή Η κατασκευή αυτή δεν παίζει μουσική (γι αυτήν θα μιλήσουμε στο επόμενο κεφάλαιο)0 ρόλος της είναι να σταθεροποιεί το V.C.0 (Voltage Controlled Oscillator) μιας γεννήτριας συχνοτήτων. Ο σκοπός μας είναι να εκθέσουμε την αρχή )^ιτονργας της σύνθεσης, με τη χρήση κλασικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Το κύκλωμα αυτό, λόγο της απλότητας του, μπορεί να τροποποιηθεί ανάλογα με τις επιθυμίες μας και για χρήση σε άλλες περιοχές συχνοτήτων. Η συχνότητα που απαιτείται από τον σύνθετη πρέπει να είναι σταθερή. Για να γλιτώσουμε κάθε ολίσθηση, συναρτήσει της θερμοκρασίας, διαφορών μεταξύ των εξαρτημάτων κλπ, η σύνθεσης της συχνότητας είναι ένα από τα πιο εύκολα υλοποιούμενα μέσα για να ατυχούμε αυτόν τον στόχος Μας. Αυτή η σύνθεσης της συχνότητας, λομβάνεται χάρη σ ένα σύστημα βρόχου, με κλείδωμα φάσεως, που καλείται επίσης και PLL (Phase Locked Loop). Η τεχνική αυτή, που είναι γνωστή από τη δεκαετία του 30, έχει ήδη αρχικά χρησιμοποιηθεί για τον συγχρονισμό των κυκλωμάτων των ραντάρ. Ο συνθέτης που παρουσιάζουμε εδώ, επιτρέπει τον έλεγχο συχνοτήτων που εκτείνονται μεταξύ των 30kHz έως του 1,8ΜΗζ. 3.2 Η τεχνική Ο συνθετιστής συχνοτήτων είναι σήμερα το πιο κομψό σύστημα, που παράγει στην έξοδο του έναν μεγάλο αριθμού συχνοτήτων, με την ακρίβεια και την σταθερότητα που μονό ένας κρύσταλλος αναφοράς μπορεί να δώσει. Εδώ και πολλά χρόνια, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα που ξεκινούν από το V.C.O. (Voltage Controlled Oscillator), ως τον συνθετιστή που χρησιμοποίει απαριθμητές των 14 ετήπεδων, που περνά εττίσης από τους σταθερούς διαιρέτες συχνότητας, έχουν κατακλύσει την αγορά. Σήμερα μια άλλη τεχνική, τείνει να αντικαταστήσει τους σύνθετες PLL. Πρόκειται για την άμεση αριθμητική σύνθεσης ή διαφορετικά DDS.

48 3.3 Η αρχή λειτουργίας Η βασική αρχή λειτουργίας της σύνθεσης συχνότητας, συνίσταται στην σύγκριση της φάσης ενός σήματος αναφοράς, μ αυτή ενός τοτηκού ταλαντωτή ελεγχόμενου από τάση, που καλείται V.C.O. Αν τα δυο σήματα, δηλαδή της στιγμιαίας συχνότητας, έχουν διαφορετική φάση, το κύκλωμα σύγκρισης παράγει μια τάση σφάλματος, η οποία αφού εφαρμοστεί στο V.C.O., τείνει να ελαττώσει την αρχική μεταξύ τους απόκλιση. Στη συνεχεία, μια καινούργια σύγκριση γίνεται, μειώνοντας ακόμη περισσότερο την απόκλιση και η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι ότου επέλθει η σύμπτωση των συχνοτήτων. Το σύστημα συνεχίζει, εντούτοις, να ελέγχει κάθε απόκλιση της φάσης μεταξύ των δυο σημάτων. Για να μπορούμε να φέρουμε τις δυο συχνότητες σε σύμπτωση, διατηρώντας τη δυνατότητα να καλύψουμε μια μεγάλη περιοχή συχνοτήτων, ο βρόγχος έχει συνδεθεί με μια αλυσίδα από προγραμματιζόμενους διαιρέτες. Για να πάρουμε αυτό το αποτέλεσμα, υπάρχουν άλλα διαφορετικά μέσα για να κατασκευάσουμε ένα PLL Αμεσος Πομπός AM Η συχνότητα εξόδου είναι ένα πολλαπλάσιο της συχνότητας αναφοράς και ο τρούραμμαη^όμενος διαιρέτης της λειτουργούν στην συχνότητα εξόδου Πομπός AM με πολλαπλασιασμούς ανχΐότητας Η συχνότητα αναφοράς διαιρείται (π.χ. δια 4) και η έξοδος του V.C.O. πολλαπλασιάζεται επί 4. στην περίπτωση αυτή, τα κυλήματα πολλαπλασιασμού πρέπει να βρίσκονται σε συμφωνία, γεγονός, που δεν είναι δύσκολο να επιτευχτεί, αν η συχνότητα εξόδου είναι σταθερή. Αυτό συμβαίνει, αν η περιοχή που πρόκειται να καλυφτεί είναι μεγαλύτερη κατά μερικές ποσοστιαίες μονάδες. Συνεπώς, ένα κύκλωμα πολλαπλασιασμού πρέπει να έχει έναν υψηλό συντελεστή υπέρτασης, συνεπώς μια στενή ζώνη διέλευσης. Από τη πλευρά της βιομηχανικής παράγωγης, η

49 μέθοδος αυτή εμφανίζει το πρόβλημα της ανάγκης μιας ρύθμισης καθώς και της ανάγκης μιας περιοδικής συντήρησης των αρχικών ρυθμίσεων Πομπός AM με σταθερό διαιρετή συχ\ οτητας (Prescaler) Η διάταξη αυτή είναι ανώτερη της προηγούμενης. Το V.C.O. λειτουργεί στη συχνότητα εξόδου. Ο διαιρέτης διαιρείται τη συχνότητα αυτή μ έναν σταθερό ρυθμό Ρ και εκ του γεγονότος αυτού, η συχνότητα αναφοράς πρέπει επίσης να διαιρεθεί δια Ρ. Με το σύστημα αυτό, ο χρόνος απόκρισης του βρόχου είναι αργός. Αυτή είναι και η τεχνική που κρατάμε για την κατασκευή μας Πομπός AM με διαιρετή Modulo 2 Ο πρώτος έχει έναν λόγο διαίρεσης που μπορεί να μεταβληθεί από Ρ ως Ρ+1 σε συνάρτηση με τον δεύτερο προγραμματιζόμενους απαριθμητή χαμηλής συχνότητας Α. Η συχνότητα εξόδου είναι; /^ = iv /, με Ν = Ν ρ (Ρ + ^4). Το σύστημα αυτό, που εμφανίζει την ιδία απόδοση με το άμεσο PLL, επιτρέπει την χρήση των συνθετιστών σε πολύ μεγαλύτερη συχνότητα, διατηρώντας ένα γρήγορο χρόνο απόκρισης του βρόχου καθώς και μια υψηλή ανάλυση Πομπός AM με μίξη συχνοτήτων Η συχνότητα αναφοράς είναι ίση με την απόσταση ανάμεσα δυο διαδοχικών καναλιών και fs= f = N fr- Αυτό επιτρέπει την λειτουργία του V.C.O. και της λογικής σε χαμηλή συχνότητα, αλλά απαιτεί επίσης συμβατά μεταξύ τους κυκλώματα. Αφού είδαμε εν περίληψη την αρχή λειτουργίας, καθώς και τα διαφορετικά υπάρχοντα συστήματα συνθέτης συχνότητας, στη συνεχεία θα εξετάσουμε τα διάφορα τμήματα που περιλαμβάνονται μέσα σ ένα συνθεπστή με σταθερό διαιρέτης συχνότητας.