ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. "ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΟΜΠΟΔΕΚΤΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΟΥ ΤΥΠΟΥ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥ ΤΟΥ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ. " Σαρηγιαννίδου Αφροδίτη

Transcript

1 ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΛΑΡΙΣΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ "ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΟΜΠΟΔΕΚΤΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΟΥ ΤΥΠΟΥ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΥ ΤΟΥ ΥΠΟΒΑΘΡΟΥ. " Σαρηγιαννίδου Αφροδίτη ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Τσουκάτος Κωνσταντίνος, Επίκουρος καθηγητής Λάρισα

2 Περιεχόμενα Εισαγωγή Σκοπός και στόχοι 1. Ιστορική αναδρομή ραδιοφώνου 2. Εισαγωγή στις τηλεπικοινωνίες 3. Σήματα και συστήματα 3.1 Ορισμός του σήματος 3.2 Τα ηλεκτρικά σήματα 3.3 Διάκριση σημάτων 3.4 Ανάλυση σημάτων - Fourier 4. Φίλτρα 5.Ηλεκτρομαγνητικά κύματα 5.1 Ορισμός ηλεκτρομαγνητικού κύματος 5.2 Μετάδοση και διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων 5.3 Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα 6. Διαμορφώσεις 6.1 Ορισμός διαμόρφωσης 6.2 Γενικά περί διαμορφώσεων ΑΜ FM 6.3 Διαμόρφωση AM 6.4 Διαμόρφωση FM 6.5 Σύγκριση ΑΜ FM 7. Εκπομπή σήματος σε ζώνη συχνότητας FM 7.1 Τυπικό κύκλωμα ραδιοφωνικού πομπού 7.2 Γενικά περί εκπομπής σήματος Ταλαντωτές και δημιουργία φέροντος σήματος 7.3 Διαδικασία ραδιοφωνικής εκπομπής FM 8. Ραδιοφωνικός δέκτης 8.1 Τυπικό κύκλωμα ραδιοφωνικού δέκτη 8.2 Χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη 8.3 Απλός δέκτης 8.4 Υπερετερόδυνος δέκτης 8.5 Δυσκολίες κατά την λήψη σήματος 9. Κατασκευή ραδιοφώνου 2

3 9.1 Δημιουργία ραδιοφωνικού πομπού 9.2 Δημιουργία ραδιοφωνικού δέκτη 9.3 Διαδικασία συγχρονισμού πομπού με δέκτη 9.4 Αντιμετώπιση προβλημάτων 10. Περίληψη 11. Βιβλιογραφία Ευρετήριο Συντομογραφίες 3

4 Εισαγωγή Στις αρχές του 20 ου αιώνα το ραδιόφωνο εισέβαλε στη ζωή και την καθημερινότητα του ανθρώπου ως το σημαντικότερο μέσο ενημέρωσης και επικοινωνίας. Η εκπομπή του ραδιοφωνικού σήματος αρχικά γινόταν με την χρήση της διαμόρφωσης του σήματος κατά πλάτος (ΑΜ) αλλά σύντομα εξελίχθηκε η τεχνολογία του σε διαμόρφωση συχνότητας (FM) με αποτέλεσμα την εξέλιξη της ραδιοφωνίας με ταυτόχρονη ελάττωση των μειονεκτημάτων που παρείχε η ραδιοφωνία AM. Επικράτησε λοιπόν για δεκαετίες η ραδιοφωνία FM μέχρι και σήμερα με την μορφή που όλοι ξέρουμε το ραδιόφωνο. Σκοπός και στόχοι Στόχος αυτής της εργασίας είναι η παρουσίαση όλων των συνιστωσών και προϋποθέσεων για να επιτευχθεί η εκπομπή και η λήψη ραδιοφωνικού σήματος. Μας απασχολεί κυρίως η μετάδοση ραδιοφωνικού σήματος με διαμόρφωση κατά συχνότητα (FM), ωστόσο γίνεται αναφορά και στο ραδιοφωνικό σήμα με διαμόρφωση κατά πλάτος (AM). Παρουσιάζονται βασικές έννοιες, ορισμοί και διαδικασίες που πραγματοποιούνται κατά την μετάδοση και λήψη σημάτων γενικά αλλά και συγκεκριμένα των ραδιοφωνικών σημάτων. Σκοπός είναι ο αναγνώστης αυτής της εργασίας να κατανοήσει την διαδικασία που πραγματοποιείται ώστε να επιτευχθεί μία ραδιοφωνική τηλεπικοινωνία και να έχει μία γενική εικόνα τόσο σε θεωρητικό όσο και σε πρακτικό επίπεδο. 4

5 1. Ιστορική αναδρομή Η ανάγκη των ανθρώπων για ασύρματη επικοινωνία από απόσταση έδωσε το έναυσμα στους επιστήμονες της εποχής, πριν περίπου 116 χρόνια, να ασχοληθούν περαιτέρω με την εξέλιξη του μέχρι τότε τηλέγραφου. Πατέρας του ραδιοφώνου θεωρείται ο Γουλιέλμος Μαρκόνι ο οποίος κατάφερε την μετάδοση σημάτων Μορς μέσω ερτζιανών σημάτων σε απόσταση 3 χιλιομέτρων. Όμως την έννοια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, όπου στηρίζεται η λειτουργία του ραδιοφώνου, την ανακάλυψε ο Μάξγουελ το 1865 με συνεχιστή του τον Χερτζ ( ) ο οποίος κατάφερε να αποδείξει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να ανακλαστούν, να υποστούν συμβολή αλλά και πόλωση όπως και τα φωτεινά κύματα. Ο πρώτος που βγήκε στον αέρα του ραδιοφώνου ήταν ο Frank Conrad στην Αμερική, ο οποίος με αυτή του την κίνηση απέκτησε φανατικό ραδιοφωνικό κοινό. Η εκπομπή του αργότερα αγοράστηκε από μία εταιρία για να δημιουργηθεί τελικά ο ραδιοφωνικός σταθμός K.D.K.A. που εκπέμπει μέχρι και σήμερα. Κάπου στο 1926 ξεκινά η πώληση ενός φθηνού και εύχρηστου ραδιοφωνικού δέκτη προκαλώντας ραγδαία αύξηση των ακροατών. Το ραδιόφωνο έτσι λοιπόν εξαπλώθηκε τόσο στην Αμερική όσο και στην Ευρώπη. Στην Ελλάδα η ιδέα του ραδιοφώνου ξεκινά το 1925 στην Θεσσαλονίκη με υποκινητή τον Χρήστο Τσιγκιρίδη. Το ραδιόφωνο λοιπόν εδραιώθηκε στην ζωή των ανθρώπων παίζοντας πρωταρχικό ρόλο σε περιόδους πολέμου και γενικότερα σε μεγάλα κοινωνικά, πολιτικά αλλά και πολιτισμικά γεγονότα. 5

6 2. Εισαγωγή στις τηλεπικοινωνίες Με τον όρο τηλεπικοινωνίες χαρακτηρίζουμε την ανταλλαγή δεδομένων με οποιονδήποτε τρόπο και ανεξάρτητα από το μήκος της απόστασης. Μία τηλεπικοινωνία μπορεί να πραγματοποιηθεί ασύρματα, ενσύρματα, ηλεκτρικά, ηλεκτρομαγνητικά, οπτικά, δορυφορικά κ.α., μεταξύ τουλάχιστον δύο ανταποκριτών. Η ανάγκη λοιπόν του ανθρώπου για επικοινωνία καλύφθηκε από την έννοια της τηλεπικοινωνίας. Η ανάγκη αυτή συμπεριλαμβάνει διάφορα είδη πληροφοριών τα βασικότερα των οποίων είναι: Οι ακουστικές πληροφορίες δηλαδή ακουστικά και ηχητικά μηνύματα. Τα δεδομένα που ανταλλάσσονται μεταξύ υπολογιστικών συστημάτων. Οι οπτικές πληροφορίες (video). Υπάρχει διάκριση μεταξύ των ανταποκριτών σε μία επικοινωνία. Αυτός που στέλνει το μήνυμα ορίζεται ως πομπός και αυτός που λαμβάνει την πληροφορία ορίζεται ως δέκτης. Σε μία απλή επικοινωνία τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης είναι προσδιορισμένος, όπως για παράδειγμα στην τηλεφωνία. Σε μία πιο σύνθετη επικοινωνία ενώ ο πομπός είναι προσδιορισμένος ο δέκτης ή οι δέκτες είναι αόριστοι όπως για παράδειγμα στην ραδιοφωνία ή την τηλεόραση. Επίσης, υπάρχει διάκριση για τον τύπο της επικοινωνίας που εφαρμόζεται κάθε φορά. Η επικοινωνία μπορεί να είναι μονόδρομη, μιλάμε δηλαδή για έναν πομπό και έναν ή και περισσότερους δέκτες. Μπορεί όμως να είναι και αμφίδρομη. Στην περίπτωση αυτή ο πομπός μπορεί να λειτουργεί και σαν δέκτης ταυτόχρονα ενώ ο δέκτης μπορεί να λειτουργεί και σαν πομπός, αντίστοιχα. Παράδειγμα μιας αμφίδρομης επικοινωνίας είναι η ενσύρματη ή η κινητή τηλεφωνία. Το μέσον που διαλέγουμε κάθε φορά για την επίτευξη μιας επικοινωνίας ποικίλλει. Σε μία ενσύρματη επικοινωνία βασικό μέσο είναι το καλώδιο μέσω του οποίου μεταφέρεται η πληροφορία σε μορφή ρεύματος. Αντίστοιχα, σε μία ασύρματη επικοινωνία η πληροφορία μας θα σταλεί μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όπως στην ραδιοφωνία ή τα ραντάρ. Υπάρχει και η μετάδοση πληροφορίας μέσω οπτικών μέσων όπου το μήνυμα μεταφέρεται με φως μέσω ενός γυάλινου αγωγού. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχουν μεγάλα δίκτυα επικοινωνίας που συνδυάζουν όλους τους παραπάνω τρόπους μετάδοσης πληροφορίας που αναφέραμε. 6

7 Σε επόμενα κεφάλαια θα γίνει ανάλυση για την πληροφορία που μεταδίδεται κάθε φορά είτε αυτό είναι ήχος είτε εικόνα είτε ακόμη και μια φυσική διεργασία. 3. Σήματα και συστήματα 3.1 Ορισμός του σήματος Ως σήμα είναι δυνατό να ορίσουμε την πληροφορία που μεταδίδεται από κάποιο μέσο και παραλαμβάνει ο οποιοσδήποτε δέκτης ύστερα από μία συγκεκριμένη επεξεργασία που υπέστη ανάλογα με το είδος της επικοινωνίας και του μέσου μέσω του οποίου μεταδίδεται. Το σήμα ξεκινά από τον πομπό αφού επεξεργαστεί κατάλληλα, μεταφέρεται μέσω καλωδίου ή ασύρματα και καταλήγει στον δέκτη. Ο δέκτης με τη σειρά του κατέχει κάποιο σύστημα λήψης μέσα στο οποίο το σήμα θα υποστεί μία εκ νέου επεξεργασία ώστε να λάβει τελικά ο δέκτης το αρχικό σήμα που εξέπεμψε ο πομπός. Ο δέκτης αναγνωρίζει το σήμα πληροφορία μέσω κάποιας συσκευής που μπορεί να είναι ένα μεγάφωνο, αν πρόκειται για ηχητικό σήμα είτε μια οθόνη αν πρόκειται για εικόνα ή βίντεο. 3.1.α Απεικόνιση αποστολής μηνύματος από τον πομπό στον δέκτη 3.2 Τα ηλεκτρικά σήματα Το ηλεκτρικό σήμα είναι ένα ηλεκτρικό μέγεθος που λαμβάνει ο δέκτης μετά την επεξεργασία του και αντιπροσωπεύει το αρχικό μήνυμα του πομπού. Είναι ένα μεταβαλλόμενο μέγεθος που συμβολίζεται πάντα σε συνάρτηση με τον χρόνο: V(t) : μεταβαλλόμενη τάση I(t) : μεταβαλλόμενο ρεύμα f(t) : συμβολισμός σήματος Εάν επιθυμούμε να έχουμε μία ακριβή απεικόνιση του σήματος είναι αναγκαία η χρήση ενός παλμογράφου. Στην ένδειξη του παλμογράφου παρατηρούμε ότι το σήμα εναλλάσσεται σε θετικές και αρνητικές τιμές. Αυτό έχει να κάνει με τις υπερπιέσεις ή υποπιέσεις που δέχεται το σήμα από τον πομπό. Αυτές οι μεταβολές του σήματος στον χρόνο είναι που 7

8 χαρακτηρίζουν το σήμα ως αναλογικό. Υπάρχουν και τα ψηφιακά σήματα που είναι συνεχή και παρουσιάζουν συνήθως ασυνέχειες. Δύο βασικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών σημάτων είναι η έντασή τους και ο ρυθμός τους. Η ένταση των ηλεκτρικών σημάτων μας διευκολύνει στο να κατατάσσουμε τα σήματα σε ισχυρότερα ή ασθενέστερα. Ο ρυθμός δείχνει την ταχύτητα των σημάτων στον χρόνο, τις εναλλαγές της τιμής των σημάτων κάθε χρονική στιγμή και το κατά πόσο είναι απότομα ή όχι. 3.3 Διάκριση σημάτων Τα σήματα διακρίνονται σε περιοδικά και μη περιοδικά. Ως περιοδικό ορίζεται το σήμα που επαναλαμβάνεται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Η μαθηματική παράσταση ενός περιοδικού σήματος είναι f(t)=f(t+nt). Δηλαδή, ένα σήμα θεωρείται περιοδικό όταν ισχύει η παραπάνω εξίσωση για κάθε χρόνο t και κάθε ακέραιο αριθμό n. Ένα περιοδικό σήμα μπορεί να διακριθεί σε ημιτονοειδές ή σε τετραγωνικό σήμα. Το ημιτονοειδές σήμα αναπαριστά σήμα αναλογικών συστημάτων ενώ το τετραγωνικό συνήθως αναπαριστά σήμα ψηφιακών συστημάτων. Παράδειγμα ημιτονοειδούς σήματος 3.3.α Ημιτονοειδές σήμα Ισχύει f(t)=acos(2πft+φ) όπου Α: πλάτος (amplitude) f : συχνότητα (frequency) φ: φάση (phase) 8

9 T (f=1/t): περίοδος (period) Παράμετροι σήματος: Τιμή κορυφής ή κορυφοτιμή (peak value, Vp) Τιμή από κορυφή σε κορυφή ή διακορυφοτιμή (peak to peak value, Vpp) Απόκλιση (DC offset) Μέση τιμή (average value, Vavg) Ενεργός τιμή (root mean square value, rms, Vrms) Περίοδος (period, T) Συχνότητα (frequency, f) Φάση (phase, φ) Παράδειγμα τετραγωνικού σήματος 3.3.β Τετραγωνικό σήμα Το σήμα μεταβάλλεται από τη μέγιστη του τιμή στην ελάχιστη σε χρόνο μηδέν (ιδανική περίπτωση). Σε αυτό το παράδειγμα η εξίσωση του σήματος δίνεται από τη σχέση: 3 για 0 < t < T 2 v(t ) = 3 για T 2 < t < T 9

10 3.4 Ανάλυση σημάτων Σ αυτό το κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην έννοια του φάσματος. Ως φάσμα ορίζεται το σύνολο των συχνοτήτων όλων των ημιτονικών σημάτων με συγκεκριμένα πλάτη που πρέπει να προστεθούν ώστε να ενός δώσουν το αρχικό σήμα. Ο λόγος που ορίστηκε η έννοια του φάσματος είναι για γίνει ευκολότερος ο τρόπος υπολογισμού ενός συμπεριφοράς ενός συστήματος. Σκοπός ήταν να μπορεί να αναλυθεί οποιοδήποτε σήμα σε ένα σύνολο από ημοτονικά σήματα. Αυτό γιατί ένα ημιτονικό σήμα το ημιτονικό σήμα διατηρεί την μορφή του, κάτι που δεν ισχύει για οποιοδήποτε άλλο είδος σήματος. Η ανάλυση του σήματος κατά αυτόν τον τρόπο ονομάζεται ανάλυση Fourier. Σύμφωνα με τον όρο σειρές Fourier, κάθε σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί με μεταβλητή κάθε φορά την συχνότητα. Αυτό αφορά τα περιοδικά σήματα. Για τα μη περιοδικά σήματα εφαρμόζεται ο μετασχηματισμός Fourier. Ορισμός σειρών Fourier Εάν ενός συνάρτηση f ορίζεται σε όλο το R και υπάρχει αριθμός λ>0 τέτοιος ώστε να ισχύει: f(x)=f(x+λ), x R Τότε η συνάρτηση καλείται περιοδική, ο δε ελάχιστος αριθμός λ για τον οποίο ισχύει η παραπάνω σχέση καλείται αρχική περίοδος ενός f. Παράδειγμα Οι συναρτήσεις sinx,cosx είναι περιοδικές με περίοδο 2π, ενώ οι συναρτήσεις sinλx, cosλx με λ>0, είναι περιοδικές με περίοδο 2π/λ. Αν μια συνάρτηση f είναι περιοδική με περίοδο λ, τότε το γράφημα ενός f σ ένα οποιοδήποτε διάστημα [α+nλ, α+(n+1)λ], προκύπτει από το γράφημα ενός στο διάστημα [α, α+λ] με παράλληλη μετατόπιση ενός τον άξονα των x, κατά λ 10

11 μονάδες μήκους (επαναλαμβάνεται δηλαδή το ίδιο γράφημα). Π.χ. ένα γράφημα περιοδικής συνάρτησης είναι και το παρακάτω Αν η f ορίζεται στο διάστημα (-λ,λ) και εκτός του (-λ,λ) είναι περιοδική με περίοδο Ενός=2λ, οι αριθμοί καλούνται συντελεστές Fourier ενός συνάρτησης f. Η σειρά συναρτήσεων καλείται σειρά Fourier ενός συνάρτησης f. Ορισμός μετασχηματισμού Fourier Στην περίπτωση μιας μη περιοδικής συνάρτησης σε συνεχές χρόνο, ο μετασχηματισμός Fourier ενός είναι μια συνάρτηση ενός συχνότητας και περιέχει άπειρο εύρος συχνοτήτων. Για τον υπολογισμό του μετασχηματισμού Fourier αλλά και για την αντιστροφή του στο πεδίο του χρόνου, απαιτείται η μαθηματική πράξη ενός ολοκλήρωσης. 11

12 12

13 4. Φίλτρα Προκειμένου να κατανοήσουμε την έννοια και τον ρόλο των φίλτρων σε ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα θα πρέπει πρώτα να καταλάβουμε την έννοια του όρου εύρος ζώνης. Ως εύρος ζώνης (Bandwidth) ορίζεται η διαφορά ενός μεγαλύτερης συχνότητας ενός φάσματος συχνοτήτων, μείον την μικρότερη συχνότητα του φάσματος αυτού. Η μαθηματική παράσταση του εύρους ζώνης είναι : BW= fmax fmin Πιο πρακτικά, όταν μιλάμε για εύρος ζώνης ουσιαστικά αναφερόμαστε στην περιοχή εκείνη του φάσματος συχνοτήτων μέσω ενός οποίας το σήμα περνά αναλλοίωτο από την είσοδο του πομπού στην έξοδο του δέκτη. Τα φίλτρα εφαρμόζονται στην περίπτωση όπου επιθυμούμε να μην περάσει αναλλοίωτο ένα σήμα αλλά να υποστεί συγκεκριμένες αλλαγές ως ενός την φασματική του ζώνη. Επομένως το σήμα ξεκινάει διαφορετικό από την πηγή απ ότι καταλήγει στον δέκτη. Υπάρχουν τέσσερα είδη φίλτρων ανάλογα με ενός περικοπές που επιθυμούμε κάθε φορά ως ενός ενός συχνότητες του σήματος. Α. Χαμηλοπερατό ή χαμηλοδιαβατό φίλτρο(low Pass Filter) Πρόκειται για φίλτρο το οποίο επιτρέπει να διέλθουν μόνο οι χαμηλές συχνότητες ενός σήματος. 4.α Γραφική παράσταση χαμηλοπερατού φίλτρου 13

14 Β. Υψηλοπερατό ή υψηλοδιαβατό φίλτρο(high Pass Filter) Είναι το φίλτρο που επιτρέπει την διέλευση μόνο των υψηλών συχνοτήτων ενός σήματος. 4.β Γραφική παράσταση υψηλοπερατού φίλτρου Γ. Ζωνοπερατό φίλτρο(band Pass Filter) Φίλτρο στο οποίο επιτρέπεται η διέλευση συγκεκριμένου πεδίου μεσαίων συχνοτήτων. 4.γ Γραφική παράσταση ζωνοπερατού φίλτρου Δ. Ζωνοαπαγορευτικό φίλτρο(band Stop Filter) Πρόκειται για φίλτρο που απαγορεύει την διέλευση συγκεκριμένου μεσαίου τμήματος συχνοτήτων. 14

15 4.δ Γραφική παράσταση ζωνοαπαγορευτικού φίλτρου Για να προσεγγίσουμε το εύρος ζώνης λειτουργίας ενός φίλτρου έχει οριστεί ότι τα όρια της ζώνης είναι ουσιαστικά η ισχύς του σήματος κατά την έξοδο μειωμένο κατά 3db. Δηλαδή, μειωμένο κατά το διπλάσιο του αρχικού σήματος. Αυτά τα όρια που τίθενται αποκαλούνται συχνότητες αποκοπής. 15

16 5. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα 5.1 Ορισμός ηλεκτρομαγνητικού κύματος Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι μια μορφή ενέργειας που προκύπτει από τον συνδυασμό ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου, που είναι κάθετα μεταξύ τους και κάθετα προς την διεύθυνση διάδοσης τους. Σύμφωνα με την φυσική κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα όταν διαρρέεται από εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα ακτινοβολεί ένα ποσοστό της ενέργειας που δέχεται σε μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος υπολογίζεται από τον τύπο: c =c/ ε όπου ε η διηλεκτρική σταθερά του υλικού μέσω του οποίου μεταφέρεται το ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Στο κενό η ταχύτητα διάδοσης του είναι c= km/sec=3 x 108 m/sec. Το πιο σημαντικό μέγεθος του ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι το μήκος κύματος (λ). Ως μήκος κύματος ορίζεται η απόσταση που διανύει ένα κύμα σε χρονικό διάστημα περιόδου Τ του ηλεκτρικού σήματος από το οποίο ξεκίνησε. Ισχύει: λ=c x T, (f=1/t) 5.2 Μετάδοση και διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κατά την μετάβασή τους από την κεραία πομπού στην κεραία του δέκτη ακολουθούν δύο δρόμους. Ένα μέρος από αυτά διαδίδεται κατά μήκος της επιφάνειας της γης και ονομάζεται κύμα εδάφους και ένα άλλο μέρος εκπέμπεται υπό γωνία ως προς την επιφάνεια της γης. Ανακλάται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και ονομάζεται κύμα χώρου. Η απόσταση διάδοσης του κύματος εδάφους εξαρτάται από την μορφολογία του εδάφους (υγρό έδαφος μεγαλύτερη απόσταση διάδοσης) και από την συχνότητα του κύματος (μεγαλύτερη συχνότητα μικρότερη απόσταση διάδοσης γιατί αυξάνει η απορρόφηση). Οι ραδιοσυνδέσεις σε πολύ μεγάλες αποστάσεις γίνονται με τα κύματα χώρου και κυρίως στα βραχέα. Τα κύματα αυτά ανακλώνται στην ιονόσφαιρα και επιστρέφουν στη γη, εφόσον η συχνότητα τους είναι τέτοια ώστε να γίνεται η ανάκλαση. Μεταξύ του σημείου που το κύμα εδάφους μηδενίζεται και του σημείου που εμφανίζεται το κύμα χώρου μεσολαβεί μία περιοχή στην οποία η λήψη είναι αδύνατη και ονομάζεται ζώνη σιγής ή νεκρή ζώνη. 16

17 Πολλές φορές φθάνει στον δέκτη και κύμα εδάφους και κύμα χώρου και επειδή τα κύματα αυτά διανύουν διαφορετικές αποστάσεις είναι δυνατόν να εμφανίζονται συμφασικά μεταξύ τους οπότε προστείθονται και όταν φθάνουν με διαφορά φάσης 180 ο αφαιρούνται. Έτσι παρατηρούμε αυξομειώσεις του σήματος κατά την λήψη. Οι αυξομειώσεις αυτές ονομάζονται διαλείψεις. Η διάδοση των μακρών κυμάτων γίνεται αποκλειστικά με κύματα εδάφους γιατί τα κύματα χώρου απορροφώνται από την ιονόσφαιρα. Η απορρόφησή τους από την γη είναι πολύ μικρή γι αυτό διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις. Τα μεσαία κύματα διαδίδονται και με κύματα εδάφους αλλά και με κύματα χώρου. Τα κύματα χώρου όμως την ημέρα απορροφώνται από το πρώτο στρώμα της ιονόσφαιρας, ενώ τη νύχτα επειδή εξαφανίζεται αυτό το στρώμα διαδίδονται με κύματα χώρου και η απόσταση διάδοσης είναι μεγάλη. Τα βραχέα κύματα διαδίδονται βασικά με κύματα χώρου γιατί τα κύματα εδάφους έχουν μεγάλη απορρόφηση. Τα υπερβραχέα κύματα δεν ανακλώνται από την ιονόσφαιρα αλλά την διαπερνούν και χάνονται στο διάστημα. Επίσης, τα κύματα εδάφους έχουν μεγάλη απορρόφηση από την γη, δηλαδή τα κύματα αυτά δεν πάνε σε μεγάλες αποστάσεις και η ραδιοσύνδεση επιτυγχάνεται μόνο με οπτική επαφή της κεραίας πομπού με την κεραία του δέκτη. 5.3 Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα επινοήθηκε από τους επιστήμονες για να διευκολυνθεί η μελέτη της συμπεριφοράς των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτό το φάσμα το χώρισαν σε τμήματα ανάλογα με την συχνότητα του κάθε κύματος. Το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που χρησιμοποιείται για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων βρίσκεται μεταξύ των συχνοτήτων 10kHz και 100GHz με μήκη κύματος από km μέχρι 1mm. Οι συχνότητες που ενδιαφέρουν για τη διάδοση σήματος ραδιοφωνίας είναι στις πολύ υψηλές συχνότητες VHF (Very High Frequency) MHz και στις εξαιρετικά υψηλές συχνότητες UHF (Ultra High Frequency) MHz. Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται στη ραδιοφωνία FM (88-108MHz) ανήκουν στη ζώνη συχνοτήτων VHF. Στη διάδοση σημάτων σ αυτές τις ζώνες συχνοτήτων υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους το σήμα φτάνει από τον σταθμό εκπομπής στην κεραία του δέκτη. Οι αποστάσεις που μπορεί να καλύψει το σήμα μπορούν να φτάσουν σε απόσταση ακόμα και εκατοντάδων ή και χιλιάδων χιλιομέτρων, 17

18 ανάλογα με τη διαδρομή που θα ακολουθήσει το σήμα. Σ αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφερθεί πως κατά την μετάδοση σήματος από κάποιον πομπό όταν η απόστασή του διπλασιάζεται από την πηγή το κύμα γίνεται τέσσερις φορές ασθενέστερο. Ως ραδιοφωνικό φάσμα ορίζεται το άθροισμα των συχνοτήτων, των μεταδιδόμενων ημιτονικών σημάτων με συγκεκριμένα πλάτη, το οποίο μας δίνει το αρχικό σήμα. s(t) = A1.sin(Ωt+φ1) + Α2.sin(2Ωt+φ2) + Α3.sin(3Ωt+φ3) + Όπως φαίνεται στην παραπάνω παράσταση η φάση είναι διαφορετική κάθε φορά. Το πλάτος του κάθε ημιτονικού σήματος προσδιορίζει την ακουστική ποιότητα του σήματος. Όσο πιο πλούσιο ή φτωχό σε συχνότητες είναι το φάσμα ενός σήματος τόσο μεγαλύτερη ή μικρότερη είναι η ποσότητα της πληροφορίας που περιέχει το σήμα. Ζώνη συχνοτήτων 100Ηz-3kHz Όνομα Άκρως χαμηλές συχνότητες 3kHz-30kHz Υπέρμακρα Σύμβολο ELF VLF 30kHz-300kHz Μακρά LF 300kHz-3MHz Μεσαία MF 3MHz-30MHz Βραχέα 30MHz-300MHz Υπερβραχέα HF VHF 300MHz-3GHz Δεκατομετρικά Μικροκύματα UHF 3GHz-30GHz Εκατοστομετρικά Μικροκύματα SHF 30GHz-300GHz 300GHz-1014 Χιλιοστομετρικά Μικροκύματα EHF Υπέρυθρες Ακτίνες Ορατό Φως Υπεριώδεις Ακτίνες Ακτίνες Χ IR UV Χ Πίνακας 5.3: Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα 18

19 6. Διαμορφώσεις 6.1 Ορισμός διαμόρφωσης Για να πετύχουμε την μετάδοση οποιουδήποτε σήματος είναι αναγκαία η χρήση ενός επιπλέον υψίσυχνου σήματος, που ονομάζεται φέρον. Η διαδικασία της μεταφοράς του βασικού μας σήματος σε συνδυασμό με το φέρον ονομάζεται διαμόρφωση του σήματος. Η επιλογή του φέροντος γίνεται με βάση τα χαρακτηριστικά του βασικού σήματος. Τα βασικά αυτά χαρακτηριστικά είναι το πλάτος, η συχνότητα και η φάση. 6.1.α Διαδικασία διαμόρφωσης σήματος Ο λόγος χρήσης του φέροντος σήματος είναι για να επιτευχθεί καλύτερη ποιοτικά εκπομπή σήματος. Στην περίπτωση που δεν χρησιμοποιούνταν αυτά τα υψηλόσυχνα σήματα θα υπήρχε πρόβλημα παρεμβολών από τον ένα ραδιοφωνικό σταθμό στον άλλον. Μία ακόμη χρησιμότητα των φερόντων είναι η μικρότερη ευαισθησία που παρουσιάζεται στα υψηλόσυχνα σήματα απ ότι στα χαμηλόσυχνα. Τέλος, εάν η μετάδοση του σήματος γινόταν με χαμηλή συχνότητα οι κεραίες εκπομπής θα πρεπε να έχουν τεράστια μεγέθη σύμφωνα πάντα με τον τύπο c=λ*f, όπου λ το μήκος κύματος εκπομπής. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι το γεωμετρικό πλάτος των κεραιών εκπομπής είναι λ/2 ή λ/4. Η συχνότητα του φέροντος σήματος είναι ανάλογη με τις διακυμάνσεις του πλάτους ενός σήματος. Όσο αυξάνεται το πλάτος τόσο αυξάνεται και η συχνότητα του φέροντος και αντίστροφα. Ανάλογα με το βασικό και το φέρον σήμα η διαμόρφωση χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες. Η αναλογική διαμόρφωση, όπου το βασικό σήμα είναι αναλογικό και το φέρον ένα ημιτονικό σήμα. 19

20 Η παλμική διαμόρφωση, όπου το βασικό σήμα είναι αναλογικό και το φέρον ένα παλμικό υψίσυχνο σήμα. Η ψηφιακή διαμόρφωση, με το βασικό σήμα να είναι ψηφιακό. Εμείς θα ασχοληθούμε με την αναλογική διαμόρφωση. Θα αναφερθούν οι τρόποι διαμόρφωσης και τα χαρακτηριστικά τους. Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στην διαμόρφωση κατά συχνότητα η οποία είναι και το κύριο θέμα της εργασίας αυτής. 6.2 Γενικά περί διαμορφώσεων AM - FM Στο κεφάλαιο αυτό θα αναλύσουμε δύο είδη αναλογικής διαμόρφωσης. Αυτά είναι η διαμόρφωση κατά πλάτος ή Amplitude modulation (AM) και η διαμόρφωση κατά συχνότητα ή Frequency modulation (FM). Στο μεν σήμα με διαμόρφωση κατά πλάτος η τιμή της συχνότητας παραμένει σταθερή και μεταβάλλεται το πλάτος ενώ στο δε σήμα με διαμόρφωση κατά συχνότητα το πλάτος του σήματος παραμένει σταθερό και μεταβάλλεται η συχνότητα. 6.2.α Γραφική παράσταση διαμόρφωσης ΑΜ 20

21 6.2.β Γραφική παράσταση διαμόρφωσης FM 6.3 Διαμόρφωση AM Το εύρος συχνοτήτων στην διαμόρφωση ΑΜ είναι 531kHz έως 1602kHz. Στην διαμόρφωση κατά πλάτος το σήμα απεικονίζεται από την σχέση: y=[a+bημ(2πft)]συν(2πft) όπου f η συχνότητα της πληροφορίας, F η συχνότητα του φέροντος, Α το πλάτος του φέροντος και Β το πλάτος του ακουστικού σήματος. Το πλάτος του φέροντος σήματος μεταβάλλεται ανάλογα με την μεταβολή του ακουστικού σήματος. Σ έναν πομπό AM, η πληροφορία που εκπέμπουμε(φωνή), μετατρέπεται σε τάση. Η τάση αυτή ενισχύεται και χρησιμοποιείται για την μεταβολή του φέροντος σήματος. Η ισχύς προστίθεται στο φέρον κατά την διαδικασία της διαμόρφωσης ανάλογα με την μεταβολή της τάσης. Κατά την διαμόρφωση το σήμα χωρίζεται σε τρεις ξεχωριστές συχνότητες που μεταδίδονται. Αυτές είναι η αρχική συχνότητα του φέροντος, μία χαμηλότερης ισχύος πλευρική ζώνη συχνοτήτων(lsb) κάτω από την φέρουσα και μία ανώτερη πλευρική ζώνη συχνοτήτων(usb) πάνω από την φέρουσα. Ουσιαστικά αυτές οι πλευρικές ζώνες παίζουν τον ρόλο ενός ειδώλου η μία στην άλλη και περιέχουν την ίδια πληροφορία. Όταν το σήμα ληφθεί από έναν δέκτη ΑΜ οι συχνότητες συνδυάζονται ώστε να ακουστεί το αρχικό μήνυμα. 21

22 Το εύρος συχνοτήτων που καταλαμβάνει η κάθε πλευρική ζώνη είναι τόσο περισσότερο όσο υψηλή είναι η ακουστική συχνότητα που μεταδίδεται. Για παράδειγμα, αν η ακουστική συχνότητα είναι της τάξεως των 5kHz τότε ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σήμα ΑΜ θα είναι 10kHz. Όσον αφορά το φέρον σήμα, αυτό καταλαμβάνει μηδαμινό εύρος συχνότητας και θεωρείται αμελητέο. 6.4 Διαμόρφωση FM Η επικρατέστερη εκπομπή ραδιοφωνικού σήματος είναι με διαμόρφωση συχνότητας, FM. Το πεδίο συχνοτήτων κυμαίνεται μεταξύ 87,5-108 MHz. Ένα σήμα στην διαμόρφωση FM αναπαριστάται από την εξίσωση: y=aημ[(2πft)kσυν(2πft)] όπου F και Α η συχνότητα και το πλάτος του φέροντος αντίστοιχα, f η συχνότητα του σήματος πληροφορίας και Κ ένας συντελεστής της FM διαμόρφωσης. Στην FM διαμόρφωση υπάρχει μία επικαλούμενη κεντρική συχνότητα η οποία είναι η μη διαμορφωμένη συχνότητα του σήματος. Όταν ένα σήμα FM εκπεμφθεί τότε η φέρουσα συχνότητα ταλαντώνεται πάνω και κάτω της κεντρικής συχνότητας. Το κατά πόσο θα ταλαντωθεί πάνω ή κάτω ονομάζεται απόκλιση. Σ ένα διάστημα συχνότητας 150kHz ένας ραδιοφωνικός σταθμός FM έχει απόκλιση 75kHz. 6.5 Σύγκριση AM FM Ένα ΑΜ σήμα έχει το πλεονέκτημα του να μπορεί να παραχθεί εύκολα σε μία συσκευή ΑΜ πομπού και να ληφθεί από δέκτες απλούς χωρίς ιδιαίτερα περίπλοκα χαρακτηριστικά. Επίσης, μπορεί εύκολα να συντονιστεί σε συνηθισμένους δέκτες. Το βασικότερο μειονέκτημα στην διαμόρφωση ΑΜ είναι η σπατάλη ενέργειας που πραγματοποιείται. Τα δύο τρίτα της ισχύος ενός ΑΜ σήματος συσσωρεύεται στο φέρον σήμα, το οποίο δεν περιλαμβάνει καμία πληροφορία. Οι πλευρικές ζώνες συχνοτήτων εκμεταλλεύονται το ένα τρίτο της ισχύος ενώ περιέχουν την ίδια ακριβώς πληροφορία. Δηλαδή, μόλις το ένα έκτο της συνολικής ισχύος του ΑΜ πομπού χρησιμοποιείται με πιο χρήσιμο και παραγωγικό σκοπό. Η ΑΜ διαμόρφωση είναι αρκετά πιο επιρρεπής στον ηλεκτρονικό θόρυβο απ ότι η διαμόρφωση FM. Από την άλλη μεριά το ΑΜ σήμα υπερτερεί στις χαμηλές συχνότητες και γι αυτό τον λόγο χρησιμοποιείται ακόμα σε ζώνες μακρών και μεσαίων κυμάτων. Η ακουστική ποιότητα του σήματος και η πλήρης απουσία θορύβου είναι τα κύρια χαρακτηριστικά που ορίζουν την διαμόρφωση FM επικρατέστερη από την ΑΜ. Επίσης, ως πλεονέκτημα της διαμόρφωσης FM θεωρείται και η δυνατότητα της αυτόματης ρύθμισης. Αυτή η δυνατότητα έχει ως 22

23 αποτέλεσμα ένα καθαρό σήμα στην έξοδο του δέκτη. Αυτό γιατί έστω κι αν φθάσουν δύο σήματα στον δέκτη η διαμόρφωση FM έχει την δυνατότητα να κρατά αυτό με την ισχυρότερη ένταση. Βασικότερο ίσως μειονέκτημα της FM διαμόρφωσης είναι το εύρος συχνότητας που απαιτεί καθώς η απόκλιση από τον έναν ραδιοφωνικό σταθμό στον άλλον είναι μεγάλη. Αυτή η απόκλιση έχει βέβαια σαν αποτέλεσμα την καθαρότερη λήψη σήματος στον δέκτη. 23

24 7. Εκπομπή σήματος σε ζώνη συχνότητας FM 7.1 Τυπικό κύκλωμα ραδιοφωνικού πομπού 7.1.α Ραδιοφωνικός πομπός 7.2 Γενικά περί εκπομπής σήματος Ένας ραδιοφωνικός αλλά και γενικότερα ένας οποιοσδήποτε πομπός έχει την μορφή του σχήματος 7.1.α. Χωρίζουμε το σχεδιάγραμμα σε τρία μέρη. Είναι το πρώτο που επεξεργάζεται το βασικό σήμα. Εκεί υπάρχει ο αισθητήρας μετατροπής του μηνύματος σε ηλεκτρικό σήμα, ο ενισχυτής ο οποίος ενισχύει το σήμα κάθε φορά με κατάλληλο πλάτος και ισχύ ώστε να διαμορφωθεί το φέρον. Επίσης, φίλτρα κατάλληλα ώστε να τίθενται όρια της φασματικής ζώνης του σήματος. Το δεύτερο μέρος είναι εκείνο της διαμόρφωσης. Εκεί πραγματοποιείται οποιοδήποτε είδος διαμόρφωσης έχουμε επιλέξει. Περισσότερα περί διαμόρφωσης αναφέρονται στο κεφάλαιο 6. Το τρίτο μέρος αφορά την επεξεργασία του φέροντος σήματος. Εκεί υπάρχει η γεννήτρια του φέροντος ή αλλιώς ο ταλαντωτής ακολουθεί η διαμόρφωση του φέροντος και τέλος η ενίσχυσή του διαμορφωμένου φέροντος. Έτσι το φέρον καταλήγει στο μέσο διάδοσης με αρκετά μεγάλη ισχύ. Το φέρον σήμα δημιουργείται με τέτοιο τρόπο ανάλογα με το αν ο πομπός θα λειτουργήσει σε μία μόνο συχνότητα φέροντος ή αν θα λειτουργήσει με κύκλωμα σύνθεσης συχνότητας. Στην πρώτη περίπτωση γίνεται χρήση απλού αρμονικού ταλαντωτή. Στην δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιείται το αποκαλούμενο κύκλωμα κλειδώματος φάσης ή αλλιώς PLL(Phase Loop Locked). Η χρήση του PLL γίνεται εφόσον επιθυμούμε να επέμβουμε στον προγραμματισμό της κεντρικής συχνότητας του φέροντος. Αφού λοιπόν δημιουργηθεί και διαμορφωθεί το φέρον σήμα όπως αναφέραμε και παραπάνω θα πρέπει να ενισχυθεί. Η ενίσχυση επιτυγχάνεται με την χρήση ενός επιλεκτικού ενισχυτή υψηλών συχνοτήτων. Μετά την διαμόρφωση λοιπόν η κεντρική συχνότητα 24

25 εκπομπής καταλαμβάνεται από το φάσμα του σήματος. Έτσι το εύρος της φασματικής ζώνης που προκύπτει είναι διαφορετικό από το εύρος του πρωταρχικού σήματος. Ο ενισχυτής εξόδου θα πρέπει να ενισχύσει με ομοιογένεια όλες τις φασματικές ακτίνες του φέροντος. Πολλές φορές παρατηρείται ένα φαινόμενο στην κεραία εκπομπής ως προς την συχνότητα εκπομπής. Η συχνότητα αυτή δεν είναι η ίδια που χρησιμοποιήθηκε στο στάδιο της διαμόρφωσης. Γι αυτόν τον λόγο πριν τον τελικό ενισχυτή ισχύος γίνεται η μετάθεση της συχνότητας ώστε να μην αλλοιωθεί η φασματική φυσιογνωμία του σήματος. Η τροφοδοσία μίας διάταξης του σχήματος 7.1.α γίνεται με μία πηγή τροφοδοσίας σταθερής τάσης Ταλαντωτές και δημιουργία φέροντος σήματος Η δημιουργία ενός φέροντος σήματος οφείλεται στην λειτουργία ενός ταλαντωτή. Ο ταλαντωτής είναι ένα ημιτονικό κύκλωμα δομημένο με συντονιζόμενα κυκλώματα L C. Υπάρχουν πολλές παραλλαγές των κυκλωμάτων L C. Όταν ένα κύκλωμα L-C διεγείρεται από ρεύμα υφίσταται αυτοταλάντωση η οποία έχει συχνότητα: f0=1 / (2π LC) Υπάρχει ένα ποσοστό απόσβεσης λόγω των ωμικών απωλειών του κυκλώματος. Η απόσβεση αυτή χαρακτηρίζει την ποιότητα του κυκλώματος. Η ποιότητα αυτή συμβολίζεται με τον συντελεστή ποιότητας: Q=(2πf0L)/r Όπου r είναι η ωμική αντίσταση της επαγωγής. Για να μην δημιουργείται απόσβεση στο κύκλωμα είναι απαραίτητη η συνεχής επανατροφοδότησή του με ενέργεια, η οποία ισοσταθμίζει τις απώλειες και δημιουργεί σταθερές ταλαντώσεις. Για να επιτευχθεί η απώλεια των αποσβέσεων γίνεται χρήση ενός ενισχυτή με τρανζίστορ. Ουσιαστικά το τρανζίστορ ενισχύει μέρος της επανατροφοδοτούμενης ενέργειας του κυκλώματος και το ανατροφοδοτεί ανά κάθε κύκλο λειτουργίας του. 25

26 7.2.1.α Βασικός σχεδιασμός ταλαντωτή Υπάρχουν πολλά είδη ταλαντωτών εκτός του βασικού του σχήματος α. Αυτοί είναι αναφορικά ο ταλαντωτής Hartley και ο Colpitts β Ταλαντωτής Colpitts γ Ταλαντωτής Hartley Και στους δύο ταλαντωτές παρατηρείται η απουσία των αντιστάσεων πόλωσης των τρανζίστορ. Μία παραλλαγή των ταλαντωτών είναι με χρήση κυκλωμάτων που περιλαμβάνουν κρύσταλλο. Ένα κομμάτι του συντονιζόμενου κυκλώματος αντικαθιστάται από κρύσταλλο. Ο κρύσταλλος αυτός έχει ως αποτέλεσμα την 26

27 αρκετά μεγάλη σταθερότητα της συχνότητας λειτουργίας του ταλαντωτή. Αυτό συμβαίνει γιατί ο κρύσταλλος αποτελεί στην ουσία ένα αυτοταλαντούμενο κύκλωμα με υψηλό συντελεστή ποιότητας Q και επιβάλλεται στον ταλαντωτή η συχνότητα αυτοταλάντωσής του. Ένας ταλαντωτής χαρακτηρίζεται από τέσσερα βασικά λειτουργικά του χαρακτηριστικά. Αυτά είναι: Α) Η συχνότητα λειτουργίας του ή αλλιώς η συχνότητα του σήματος στην έξοδο του ταλαντωτή. Β) Η ακρίβεια της συχνότητάς του ή το κατά πόσο επηρεάζεται η συχνότητα από εξωγενείς παράγοντες όπως π.χ. η θερμοκρασία. Γ) Η φασματική καθαρότητα του σήματος που δίνει. Είναι η καθαρότητα του σήματος στην έξοδο ενός ταλαντωτή εάν λάβουμε υπόψιν τον θόρυβο. Δ) Η σταθερότητα του πλάτους του σήματος. Είναι βασική η σταθερότητα του πλάτους του σήματος στην έξοδο του ταλαντωτή ανεξάρτητα από παράγοντες όπως οι διακυμάνσεις της τάσης τροφοδοσίας, η θερμοκρασία, η φθορά των εξαρτημάτων κλπ. 7.3 Διαδικασία ραδιοφωνικής εκπομπής FM Για την επίτευξη της εκπομπής του ραδιοφωνικού σήματος χρειάζονται κάποια βασικά όργανα. Ένας αναλυτής φάσματος, ένας ακουστικός αναλυτής, ένας αποδιαμορφωτής FM, ένας μετρητής ισχύς πεδίου και ισχύος RF, ένας παλμογράφος και ένα πολύμετρο και τέλος, ένας ενισχυτής προγράμματος. Μία τυπική ισχύς εκπομπής είναι 10W-100kW. Όλα τα παραπάνω όργανα καθώς και η ισχύς εκπομπής αφορούν την επαγγελματική εκπομπή ραδιοφωνικού σήματος σε οποιονδήποτε ραδιοφωνικό σταθμό. Στο πρακτικό κομμάτι της εργασίας θα υπάρχουν απλούστερα όργανα και μικρότερες ισχύς. Παλιότερα η εκπομπή του ραδιοφωνικού σήματος ήταν αποκλειστικά μονοφωνική. Αργότερα στις αρχές της δεκαετίας του 1960 εισήχθη η εκπομπή με στερεοφωνικό ήχο. Για να επιτευχθεί η στερεοφωνική εκπομπή δημιουργήθηκε το σύστημα Zenith-GE pilot-tone multiplex system. Το σύστημα αυτό λειτουργεί ώστε να υπάρχει συμβατότητα σε μονοφωνικούς δέκτες και να μην χρειάζεται η αντικατάστασή τους. 27

28 Η συμβατή αυτή τεχνική ήταν αναγκαία πριν εγκριθεί η χρήση της στερεοφωνικής εκπομπής σήματος FM. Γρήγορα παρατηρήθηκε ότι το σήμα Α+Β από δύο μικρόφωνα δίνει ένα διαβατό μονοφωνικό σήμα. Οπότε μεταδίδοντας το σήμα Α+Β οι μονοφωνικοί δέκτες δεν χάνουν κάποιο κομμάτι της πληροφορίας. Οι στερεοφωνικοί δέκτες όμως πρέπει με κάποιο τρόπο να αναπαράγουν τα σήματα Α και Β από το Α+Β. Η λύση στο πρόβλημα αυτό ήταν και η μετάδοση του σήματος Α-Β, πολυπλέκοντάς το στο κύριο φέρον και χρησιμοποιώντας το για να διαμορφωθεί ένα υποφέρον στα 38kHz. Η μέθοδος διαμόρφωσης που επιλέχθηκε είναι η διαμόρφωση διπλής πλευρικής ζώνης με καταπιεσμένο φέρον (Double-Sideband Suppressed Carrier DSBSC). Αφού και το ακουστικό εύρος είναι 15kHz, η κάτω πλευρική ζώνη του σήματος Α-Β είναι μεταξύ 23-38kHz. Τοποθετείται ακόμα ένα φέρον (pilot carrier) στα 19kHz ώστε να μπορεί να πραγματοποιηθεί η ανάκτηση του σήματος Α-Β με τη σωστή φάση. Η συμβατότητα μεταξύ μονοφωνικών και στερεοφωνικών δεκτών ήταν καλή, επειδή το φέρον στα 19kHz και η κάτω πλευρική ζώνη του σήματος Α-Β μεταξύ 23-38kHz είναι πολύ υψηλές ακουστικές συχνότητες για τον άνθρωπο και δεν τις αντιλαμβάνεται, και οι περισσότεροι μονοφωνικοί δέκτες και ηχεία δεν τις αναπαράγουν ακουστικά. Οι σύγχρονοι σταθμοί ραδιοφώνου FM υποβάλλουν σε επεξεργασία το σήμα πριν το μεταδώσουν. Αρχικά ένας ενισχυτής ρυθμίζει τα επίπεδα των σημάτων από το αριστερό και το δεξί κανάλι στην απαιτούμενη ένταση. Στο στάδιο αυτό συνήθως περιλαμβάνεται και κάποια μορφή αυτόματου ελέγχου των επιπέδων του σήματος και συμπίεσης. Ο στερεοφωνικός κωδικοποιητής μετατρέπει τα σήματα από το δεξί (R) και το αριστερό (L) κανάλι στα (L+R)/2, (L-R)/2. Τα πολυπλέκει με ένα συγχρονισμένο σήμα στα 19 khz. Μπορούν επίσης να πολυπλεχθούν στο τελικό σήμα και σήματα RDS (Radio Data System) και SCA(Subsidiary Communications Authorisation channels). Ο διαμορφωτής υπερθέτει το σήμα στη συχνότητα του φέροντος. Στη συνέχεια συγχρονίζει το σήμα με ενδεικτικές συχνότητες από μία σταθεροποιημένη πηγή. Τα στάδια αυτά συνθέτουν το διεγέρτη του πομπού FM. Τέλος ενισχύεται το ασθενές σήμα από την έξοδο του διεγέρτη στο ισχυρό σήμα που τροφοδοτεί την κεραία του πομπού. Τα σχετικά πλάτη των διαφόρων συνιστωσών του πολυπλεγμένου στερεοφωνικού σήματος (τα οποία ανταποκρίνονται στη μέγιστη απόκλιση συχνότητας) είναι: Σήμα (L+R)/2: μέγιστη τιμή 90% (όταν τα σήματα L, R είναι ίσα και με ίδια φάση) Σήμα (L-R)/2: μέγιστη τιμή του αθροίσματος των πλατών των δύο πλευρικών ζωνών 90% (όταν τα L, R είναι ίσα και με αντίθετες φάσεις) 28

29 Φέρον στα 19kHz: 8-10% Συμπιεσμένο υποφέρον στα 38kHz: μέγιστο υπόλοιπο πλάτους 1% Η σχετική φάση του πιλοτικού σήματος και του υποφέροντος είναι τέτοια ώστε όταν ο πομπός διαμορφώνεται από ένα πολυπλεγμένο σήμα στο οποίο το L είναι θετικό και το R=-L, το σήμα τέμνει τον άξονα του χρόνου με θετική κλίση κάθε φορά που το πιλοτικό σήμα έχει στιγμιαία τιμή μηδέν. Η ανοχή φάσης του πιλοτικού σήματος δεν πρέπει να ξεπερνάει τις ± 3 από την κατάσταση που αναφέρθηκε. Επίσης, θετική τιμή του πολυπλεγμένου σήματος αντιστοιχεί σε θετική απόκλιση συχνότητας του κυρίως φέροντος. Στην περίπτωση που εκτός από το μονοφωνικό ή το στερεοφωνικό πρόγραμμα μεταδίδονται και σήματα συμπληρωματικής πληροφορίας πρέπει να ικανοποιούνται οι ακόλουθες συνθήκες. Η εισαγωγή συμπληρωματικών σημάτων στο σήμα βασικής ζώνης πρέπει να επιτρέπουν συμβατότητα με τους υπάρχοντες δέκτες, και δεν πρέπει να επηρεάζουν την ποιότητα λήψης του κυρίως ακουστικού σήματος. Τα συμπληρωματικά αυτά σήματα έχουν μέγιστο σχετικό πλάτος 10% της μέγιστης επιτρεπόμενης τιμής του σήματος βασικής ζώνης. Η συχνότητα τέτοιων συμπληρωματικών υποφερόντων πρέπει να είναι μεταξύ 1523kHz ή 53-76kHz. Δεν πρέπει σε καμία περίπτωση η μέγιστη απόκλιση του κυρίως φέροντος από το συνολικό βασικό σήμα να ξεπερνά τα ± 75 khz. Ο τυχαίος θόρυβος σε ένα σύστημα FM δεν έχει ομοιόμορφη κατανομή, με το φαινόμενο ο θόρυβος να εμφανίζεται κυρίως στις υψηλότερες συχνότητες. Αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί, σε περιορισμένο βαθμό, ενισχύοντας τις υψηλές συχνότητες πριν τη μετάδοση και μειώνοντας τις αντίστοιχες στο δέκτη. Έτσι μειώνεται και ο θόρυβος στις υψηλές συχνότητες. Οι διαδικασίες αυτές της ενίσχυσης και της εξασθένησης συγκεκριμένων συχνοτήτων είναι γνωστές ως προ-έμφαση και από-έμφαση αντίστοιχα. Το ποσοστό της προέμφασης και από-έμφασης που χρησιμοποιείται καθορίζεται από την σταθερά χρόνου ενός απλού κυκλώματος φίλτρου RC. Στον περισσότερο κόσμο αυτή η σταθερά είναι 50μs με την εξαίρεση της Βόρειας Αμερικής όπου είναι 75μs. Χρησιμοποιώντας λάθος προ-έμφαση θα είχε συνέπειες στην απόκριση συχνότητας της λήψης. Το ποσοστό της προ-έμφασης που εφαρμόζεται περιορίζεται από το γεγονός ότι πολλά σύγχρονα είδη μουσικής περιέχουν μεγάλο ποσοστό ενέργειας στις υψηλές συχνότητες (σε αντίθεση με τα είδη μουσικής που επικρατούσαν όταν δημιουργήθηκε η ραδιοφωνία FM), άρα και η διαδικασία αυτή θα προκαλούσε υπερβολική απόκλιση στο φέρον του σήματος. 29

30 8. Ραδιοφωνικός δέκτης 8.1 Τυπικό κύκλωμα ραδιοφωνικού δέκτη 8.1.α Ραδιοφωνικός δέκτης 8.2 Χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη Το σήμα που καταφθάνει στον δέκτη από τον πομπό περιέχει ένα αρκετά μικρό ποσοστό της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας του πομπού μαζί με άλλα άγνωστα σήματα, διαφόρων επιπέδων ισχύος και αρκετά μεγάλο ποσοστό θορύβου. Ρόλος του δέκτη είναι ουσιαστικά να δέχεται αυτό το σήμα, να ξεχωρίζει και να επεξεργάζεται το ωφέλιμο φέρον, να το ενισχύει και τέλος να το αφήνει στην έξοδο σαν πληροφορία. Το κύκλωμα του δέκτη είναι πιο ευαίσθητο απ αυτό του πομπού κι αυτό γιατί επεξεργάζεται σήματα μικρότερης ισχύος. Υπάρχουν κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που ορίζουν ένα δέκτη. Χαρακτηριστικά που αφορούν την σταθερότητά του, την ευαισθησία του, την πιστότητά του, την επιλεκτικότητά του, την γραμμικότητά του και τέλος την έλλειψη παρασιτικών εκπομπών. Παρακάτω αναλύονται αυτά τα χαρακτηριστικά. Σταθερότητα (Stability) Είναι η ικανότητα του δέκτη να συντηρεί τις αρχικές του ρυθμίσεις και τον συντονισμό του σε συγκεκριμένη συχνότητα. Ευαισθησία (Sensibility) 30

31 Πρόκειται για τον λόγο S/N(dB), δηλαδή την ισχύ του ωφέλιμου σήματος προς τον θόρυβο και αφορά την καθαρότητα του σήματος στην έξοδο του δέκτη. Πιστότητα (fidelity) Αφορά την ιδιότητα του δέκτη να δίνει στην έξοδο του ηχητικό μήνυμα χωρίς παραμορφώσεις. Επιλεκτικότητα (selectivity) Αυτό το χαρακτηριστικό έχει να κάνει με την ιδιότητα του δέκτη εφόσον έχει συντονιστεί να επιλέγει το κατάλληλο σήμα για να το ενισχύσει και να το αποδιαμορφώσει χωρίς να λαμβάνει υπόψιν τα σήματα γειτονικών σταθμών. Γραμμικότητα (linearity) Ο δέκτης θα πρέπει να διατηρεί την ίδια στάση απέναντι στα ασθενή αλλά και ισχυρά σήματα που καταφθάνουν στην είσοδό του. Έλλειψη παρασιτικών εκπομπών Πρόκειται για παρασιτικά σήματα που εκπέμπονται από το ίδιο το κύκλωμα του δέκτη. Αυτά τα σήματα αν και ασθενή προκαλούν παρεμβολές σε άλλες συσκευές που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Θα πρέπει λοιπόν να απαλειφθούν αυτά τα σήματα από τον δέκτη όσο το δυνατόν περισσότερο. Ένα παράδειγμα σωστής συμπεριφοράς δέκτη είναι οι παρακάτω τιμές: Σταθερότητα συντονισμού: 5kHz Επιλεκτικότητα λήψης: 10kHz Απόρριψη γειτονικών διαύλων: > 70dB Ευαισθησία δέκτη: 5μV για S/N = 14 db Παρασιτικές εκπομπές: < -60dB 8.3 Απλός δέκτης Ο δέκτης που απεικονίζεται στο σχήμα 8.1.α είναι ένας απλός δέκτης που υστερεί ώστε να χρησιμοποιηθεί από χρήστες εκτός εργαστηρίων. Τα δύο βασικά μειονεκτήματα αυτού του απλού δέκτη είναι η αστάθεια της επιλεκτικότητάς του και η γραμμικότητά του. Παρακάτω αναλύονται μέσω παραδείγματος οι επιδόσεις ενός απλού δέκτη. Έστω ότι έχουμε έναν ραδιοφωνικό δέκτη μεσαίων που έχει ζώνη λειτουργίας 531kHz 1602kHz. Γίνεται λήψη εκπομπών με διαμόρφωση κατά πλάτος. Η κάθε ραδιοφωνική εκπομπή καταλαμβάνει ζώνη 9kHz-10kHz τόσο από την μία όσο και από την άλλη πλευρά 31

32 της φέρουσας. Υπάρχει η ανάγκη συντονισμού από τα στάδια εισόδου του δέκτη σε όλες τις συχνότητες της συγκεκριμένης ζώνης με εύρος ζώνης διέλευσης 10kHz. Η συμπεριφορά του δέκτη διακρίνεται από έναν συντελεστή ποιότητας Q. Ισχύει λοιπόν: Qmin=531/10=53 Qmax=1602/10=160 Όμως δεν είναι δυνατή η κατασκευή ενός φίλτρου με τέτοιο μεταβλητό συντελεστή ποιότητας. Ακόμη κι αν χρησιμοποιηθεί φίλτρο με σταθερό συντελεστή ποιότητας τότε η ζώνη διέλευσης του δέκτη θα είναι μεγαλύτερη στις υψηλότερες συχνότητες της ζώνης πράγμα που σημαίνει πως η επιλεκτικότητα του δέκτη δεν θα είναι σταθερή. Όσον αφορά την γραμμικότητά του, ο συγκεκριμένος δέκτης είναι αναγκαίο να εφοδιαστεί με μία διάταξη αυτόματης ρύθμισης του κέρδους των σταδίων ενίσχυσης. Αυτή η διάταξη έχει ως αποτέλεσμα να τηρείται το ίδιο πλάτος σήματος πριν την αποδιαμόρφωση ασχέτως από την ένταση του φέροντος που φθάνει στην είσοδο. Διαφορετικά με τον απλό δέκτη θα λαμβάναμε κάθε φορά ένα σήμα ανάλογα με το σήμα που λαμβάνει κάθε φορά ο δέκτης. Το αποτέλεσμα θα ήταν φυσικά ένας παραμορφωμένος ήχος στο μεγάφωνο. Αυτά τα δύο μειονεκτήματα οδηγούν στην ανάγκη δημιουργίας ενός πιο περίπλοκου δέκτη του λεγόμενου υπερετερόδυνου δέκτη που αναλύεται η διάταξη και η συμπεριφορά του στο κεφάλαιο Υπερετερόδυνος δέκτης 8.4.α Υπερετερόδυνος δέκτης 32

33 Με τον υπερετερόδυνο δέκτη απαλείφονται τα μειονεκτήματα του απλού δέκτη με την προσθήκη μίας επιπλέον διάταξης η οποία έχει ως αποτέλεσμα την μετάθεση της συχνότητας στον δέκτη. Αυτή η μετάθεση ονομάζεται και ετεροδύνωση. Αυτό που συμβαίνει στην ουσία είναι η αντικατάσταση των μεταβλητών στοιχείων και των λεπτών ρυθμίσεων με την ρύθμιση της συχνότητας του τοπικού ταλαντωτή. Πιο συγκεκριμένα, το φίλτρο εισόδου και ο ενισχυτής RF έχουν ζώνη διέλευσης όλη τη ζώνη που μπορεί να καλύψει ο δέκτης για ραδιοφωνία ΑΜ και FM. Οπότε θεωρούμε πως το φίλτρο εισόδου παίζει τον ρόλο του φίλτρου προεπιλογής ζώνης. Αργότερα, το σήμα θα υποστεί μετάθεση συχνότητας η οποία επιτυγχάνεται με πολλαπλασιασμό του φέροντος με το σήμα ενός τοπικού ταλαντωτή. Ο πολλαπλασιασμός συνεχίζεται με την διέλευση του σήματος που προκύπτει από το φίλτρο ζώνης με σταθερή συχνότητα. Το εύρος ζώνης αυτού του φίλτρου συμπίπτει με το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος. Οπότε προσδιορίζεται η επιλεκτικότητα του δέκτη. Η μετάθεση της συχνότητας δεν προκαλεί αλλοίωση του σήματος είτε για ΑΜ είτε για FM διαμόρφωση. 8.5 Δυσκολίες κατά την λήψη σήματος Ένα συνηθισμένο πρόβλημα κατά την λήψη ραδιοφωνικού σήματος είναι το πρόβλημα των παρεμβολών. Αιτία των παρεμβολών μπορεί να είναι η μεγάλη απόσταση από τον ραδιοφωνικό πομπό ή τυχόν εμπόδια που παρεμβάλουν μεταξύ της απόστασης πομπού και δέκτη. Εμπόδια όπως μεγάλα κτήρια ή βουνά και λόφοι. Η παρεμβολή σ έναν δέκτη παρουσιάζεται σε μορφή θορύβου (hissing). Υπάρχουν κι άλλες αιτίες δημιουργίας παρεμβολών όπως αυτή της λήψης πολύ ισχυρού σήματος. Αιτία αυτού του φαινομένου είναι η αρκετά μικρή απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη. Ως αποτέλεσμα αυτού του είδους παρεμβολών είναι η παραμόρφωση του ήχου στον δέκτη. Μία άλλη αιτία παρεμβολών είναι τα καιρικά φαινόμενα. Σε περιόδους όπου η ατμόσφαιρα γίνεται θερμότερη ή ξηρότερη είναι συνηθισμένη η εμφάνιση παρεμβολής στους δέκτες. Τέλος, υπάρχει και η πιθανότητα δημιουργίας παρεμβολών από γειτονικά κανάλια όταν αυτά βρίσκονται πολύ κοντά στην συχνότητα που εκπέμπουν. 33

34 9. Κατασκευή ραδιοφώνου Καταρχήν θα πρέπει να σημειωθεί ότι η αγορά των υλικών για την κατασκευή του πομπού και του δέκτη έγινε από κατάστημα πληροφορικής και ηλεκτρικών Alterhard στην Αθήνα. Ως εργαστήριο για την όλη διαδικασία κατασκευής χρησιμοποιήθηκε ένας επαγγελματικός χώρος ηλεκτρονικού με όλα τα εξαρτήματα και τα εργαλεία που χρειάστηκαν. Για την κατασκευή των παρακάτω κυκλωμάτων θα πρέπει να ακολουθήσω κάποια βασικά βήματα. Δίνω ιδιαίτερη σημασία στον τρόπο κόλλησης των υλικών. Για την κόλληση χρησιμοποιώ ένα ηλεκτρικό κολλητήρι και σύρμα κόλλησης (καλάι). Σε κάθε αγωγό τοποθετώ την μύτη του κολλητηριού πάνω του ώστε να εφάπτεται με την πλακέτα και αφήνω τη μύτη να ζεστάνει τον αγωγό και τη νησίδα (pad) για 3-5 δευτερόλεπτα. Κατόπιν πλησιάζω το σύρμα της κόλλησης και αμέσως αρχίζει να λιώνει και να απλώνει γύρω από τον αγωγό σχηματίζοντας έναν ομοιόμορφο κώνο. Ένα δεν πραγματοποιηθούν τα παραπάνω βήματα θα υπάρξει πρόβλημα ψυχρών κολλήσεων και δεν θα δουλέψουν τα κυκλώματα. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα βήματα που θα ακολουθήσω αναλύονται παρακάτω αντίστοιχα για τον πομπό και τον δέκτη. 9.1 Δημιουργία ραδιοφωνικού πομπού Επέλεξα την κατασκευή ενός πομπού FM με απόδοση κεραίας 4Watt και τάση τροφοδοσίας από 12 έως 16 VDC. Τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του πομπού είναι τα εξής: Πλακέτα διαστάσεων 9x5 εκατοστών Πυκνωτικό μικρόφωνο Αντιστάσεις: 1 x 220kΩ, 1/4W 1 x 4,7kΩ, 1/4W 2 x 10kΩ, 1/4W 1 x 82Ω, 1/4W Κεραμικοί πυκνωτές: 2 x 4,7nF 2 x 1nF 2 x 470pF 1 x 10pF Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές: 2 x 4,7μF / 25V Μεταβλητοί πυκνωτές: 1 x 4-14pF τρίμερ 34

35 2 x 20 60pF τρίμερ 2 x 2 30pF τρίμερ 1 x 3 20pF τρίμερ Πηνία αέρα: 1 x 3 σπειρών(διάμετρος 7.5 mm) 1 x 4 σπειρών(διάμετρος 5.5 mm) 1 x 5 σπειρών(διάμετρος 7.5 mm) 1 x 6 σπειρών(διάμετρος 5.5 mm) Τρανζίστορ: 1 x NPN 2N x NPN BSX60 1 x NPN BSX60 (με επιπλέον ψήκτρα) 1 x NPN BC547 Τρίμερ κάθετο μικρό 22 kω 9.1.α Εξαρτήματα ραδιοφωνικού πομπού 4Watt Ο συγκεκριμένος πομπός αποτελείται από τρία στάδια RF και ένα ακουστικής. Η βαθμίδα της ακουστικής συχνότητας αποτελείται από το τμήμα γύρω από το τρανζίστορ BC547 και ενισχύει το σήμα ενός κρυσταλλικού ή πυκνωτικού μικροφώνου, η δε ευαισθησία του ρυθμίζεται από το τρίμερ των 22 kω. Ο ταλαντωτής αποτελείται από το τμήμα γύρω από το τρανζίστορ 2Ν2219 και με τη βοήθεια του πηνίου τεσσάρων σπειρών, των μεταβλητών πυκνωτών (4-14pF / 3 20pF) συντονίζει στην περιοχή ΜHz. Ο κεραμικός πυκνωτής 10 pf συντηρεί τις ταλαντώσεις και η επιλογή της συχνότητας γίνεται από τον μεταβλητό πυκνωτή 3 20pF. Μέσω του μεταβλητού πυκνωτή 4-14pF γίνεται η σύζευξη με την επόμενη βαθμίδα που λειτουργεί σε τάξη C και είναι φτιαγμένη γύρω από το τρανζίστορ BSX60. Τέλος, το σήμα οδηγείται μέσω του μεταβλητού πυκνωτή 20 60pF και του 35

36 χαραγμένου πηνίου στην πλακέτα, στην βαθμίδα εξόδου BSX60. Ο συντονισμός των βαθμίδων αυτών γίνεται από τους μεταβλητούς πυκνωτές 2 x 20 60pF, 2 x 2 30pF. Η τροφοδοσία του κυκλώματος είναι 12V και το απαιτούμενο ρεύμα 500mA. Κατά την κατασκευή του πομπού, ακολουθώ κάποια βασικά βήματα ξεκινώντας με την κόλληση των αντιστάσεων. Στη συνέχεια, τοποθετώ τους κεραμικούς πυκνωτές, τους μεταβλητούς πυκνωτές, τα πηνία και τέλος τα τρανζίστορ. Στα τελευταία δίνω ιδιαίτερη προσοχή στην πολικότητά τους και την σωστή θέση τους στο κύκλωμα. Επίσης, τοποθετώ την ψήκτρα στα δύο τρανζίστορ BSX β Ολοκλήρωση κατασκευής ραδιοφωνικού πομπού Όσον αφορά την σύνδεση του μικροφώνου χρησιμοποιώ διπλό καλώδιο και κολλάω την καθεμία άκρη του πάνω στα πινάκια που έχω τοποθετήσει στην πλακέτα. Για λόγους αισθητικής τοποθέτησα στο κουτί του πομπού ένα λαμπάκι led και έναν διακόπτη χρήσης για on/off. Παρακάτω παρουσιάζεται η συνδεσμολογία του led με τον διακόπτη και την πλακέτα. 9.1.γ Κύκλωμα σύνδεσης διακόπτη και led 36

37 9.2 Δημιουργία ραδιοφωνικού δέκτη Ο δέκτης FM που επέλεξα χρησιμοποιεί το ολοκληρωμένο κύκλωμα TDA 7000 και έχει ενσωματωμένο ενισχυτή. Η τάση τροφοδοσίας του είναι από 9 έως 15 VDC. Η ευαισθησία του είναι της τάξεως των 1,5μV, η ισχύς εξόδου είναι 5W και η παραμόρφωση THD είναι 0,7%. Τα υλικά που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του δέκτη είναι τα εξής: Πλακέτα διαστάσεων 50x90 mm Μεγάφωνο 8Ω / 0,5Watt Αντιστάσεις: 3 x 4,7kΩ, 1/4W 1 x 390Ω, 1/4W 2 x 10kΩ, 1/4W 1 x 4,7Ω, 1/4W 1 x 220Ω, 1/4W 1 x 33Ω, 1/4W 1 x 1Ω, 1/4W 1 x 2,2kΩ, 1/4W 1 x 100kΩ, 1/4W 1 x 27kΩ, 1/4W Λογαριθμικό ποτενσιόμετρο 100kΩ B Κεραμικοί πυκνωτές: 2 x 330pF 1 x 3,3nF 1 x 150pF 1 x 39pF 1 x 100nF 1 x 47pF 4 x 330nF 1 x 220pF 1 x 1μF / 16V 1 x 22nF 1 x 10nF 1 x 2,7nF 1 x 180pF 1 x 1nF 37

38 Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές: 1 x 10μF / 16V 1 x 22μF / 16V 1 x 33μF / 16V 1 x 100μF / 16V 1 x 1000μF / 16V Πυκνωτής ΜΚΤ πολυεστέρα 100nF Δίοδος varicap BB105 Δίοδος zener 5,1V / 0,5W Τρανζίστορ NPN BC547 FM radio receiver chip TDA 7000 Power amplifier chip TDA 2002 (με επιπλέον ψήκτρα) Πηνίο αέρος 8 σπειρών 4mm 9.2.α Ραδιοφωνικός δέκτης 5Watt Ξεκινώ με την κόλληση των αντιστάσεων δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στην τοποθέτηση ως προς τις τιμές της κάθε αντίστασης. Σημειώνω επίσης πως οι αντιστάσεις δεν έχουν φορά τοποθέτησης. Συνεχίζω με την κόλληση των διόδων με προσοχή για την τοποθέτηση της ανόδου της κάθε διόδου στη σωστή φορά. Ακολούθως κολλάω τους κεραμικούς πυκνωτές και τη βάση του TDA 7000 με το σωστό προσανατολισμό και το πηνιάκι των 4mm. Κολλάω τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές 38

39 έχουν πολικότητα και συγκεκριμένη φορά τοποθέτησης όπως φαίνεται και στο σχέδιο παρακάτω. Τέλος, κολλάω το τρανζίστορ και το TDA 2003 αφού πρώτα το βιδώσω πάνω στην ψήκτρα. Αφού τελειώσω με την κόλληση όλων των υλικών σύμφωνα με τα βήματα κόλλησης (βλ. κεφάλαιο 4) καθαρίζω την πλακέτα με σπρέι καθαρισμού. Κάνω έναν έλεγχο εάν είναι όλα σωστά τοποθετημένα και στη συνέχεια συνδέω το μεγαφωνάκι. Θα χρειαστούν κάποια επιπλέον υλικά κατά τον συντονισμό του πομπού με τον δέκτη. Αυτά είναι ένας κεραμικός πυκνωτής 22nF, δύο αντιστάσεις 150kΩ/2W και μία δίοδος 1Ν4148. Με αυτά τα υλικά κατασκευάζω την γέφυρα στασίμων. Στο επόμενο κεφάλαιο θα γίνει ανάλυση για την χρήση της γέφυρας στασίμων στον πομπό για τον συντονισμό του. Τέλος, θα χρησιμοποιήσω μία επιπλέον αντίσταση 47kΩ στην συνέχεια της κατασκευής για την τροφοδοσία του πυκνωτικού μικροφώνου. Επίσης, θα χρειαστούν έξι μεταλλικά πινάκια στον πομπό για την σύνδεση του μετασχηματιστή, του μικροφώνου, της γέφυρας στασίμων και τέλος της κεραίας εκπομπής. Επιπλέον τέσσερα ίδια πινάκια στον δέκτη για την σύνδεση του ηχείου και του μετασχηματιστή ρεύματος. Βασικά επίσης είναι και τα εργαλεία που θα χρησιμοποιήσω τα οποία είναι ένα ηλεκτρικό κολλητήρι, καλάι(κόλληση), τρόμπα, πηνιόσυρμα για την κατασκευή των πηνίων αέρα, μεγεθυντικός φακός, τσιμπίδα, σταυροκατσάβιδο κοντό, σπρέι καθαρισμού πλακετών, κατσαβίδι ίσιο και σταυρό, πένσα μικρή και μεγάλη, μονωτική ταινία, κόλλα στιγμής, πλαστικά δεματικά και ένα μέτρο. Πέρα από τα βασικά κομμάτια του δέκτη, χρησιμοποίησα και κάποια επιπλέον που αφορούν καθαρά την πρακτικότητα και την αισθητική του. Δηλαδή, δύο ποτενσιόμετρα, ένα για την εναλλαγή συχνοτήτων σταθμών και ένα για την εναλλαγή έντασης του μεγαφώνου. Επίσης, τοποθέτησα led και έναν διακόπτη για λειτουργία on/off. Σημαντική επίσης ήταν και η βάση της κεραίας ώστε να στηρίζεται η κεραία λήψης σταθερά πάνω στο κουτί του δέκτη. 9.3 Διαδικασία συγχρονισμού πομπού με δέκτη Για να πραγματοποιηθεί η επικοινωνία μεταξύ πομπού και δέκτη χρειάστηκαν πρώτα κάποιες ρυθμίσεις συντονισμού στον πομπό. Ξεκίνησα με την κόλληση της γέφυρας στασίμων που κατασκεύασα, τα υλικά της οποίας αναφέρονται στο κεφάλαιο 4.2. Ο ρόλος της γέφυρας στασίμων είναι καθοριστικός για να είναι επιτυχής η επικοινωνία μεταξύ πομπού και δέκτη. Ουσιαστικά η γέφυρα στασίμων είναι αυτή που μετρά τον λόγο της ισχύος η οποία δεν ακτινοβολείται στον αέρα και επιστρέφει πίσω στον πομπό ή αλλιώς μετρά τα στάσιμα. Αυτός ο λόγος επιθυμούμε να είναι μικρότερος από 1,5 προς 1. Η ιδανική του τιμή είναι 1 προς 1. Μία δεύτερη μέτρηση που μας δίνει η γέφυρα στασίμων είναι η ισχύς εξόδου του 39