ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 24

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 1 ο 1 η Ο όρος τηλεπικοινωνίες αναφέρεται στο σύνολο των µέσων και των απαραίτητων τεχνικών, για την ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ δύο ή περισσότερων ανταποκριτών σε οποιαδήποτε απόσταση µε υψηλή πιστότητα και αξιοπιστία. η α Τις ακουστικές πληροφορίες, τα φωνητικά ή γενικότερα τα ηχητικά µηνύµατα. β Τις οπτικές εικόνες ή γενικότερα τα οπτικά Video µηνύµατα. γ Τα σήµατα δεδοµένων µεταξύ υπολογιστών ή µεταξύ αυτόµατων µηχανών κ.α. 3 η Ποµπό αποκαλούµε αυτόν που στέλνει ένα µήνυµα, µια πληροφορία. Ενώ δέκτη αποκαλούµε αυτόν που δέχεται το µήνυµα, τον αποδέκτη. Στο σχήµα βλέπουµε ένα µονόδροµο σύστηµα επικοινωνίας, όπου ο ποµπός είναι πάντα προσδιορισµένος, ενώ ο δέκτης άλλοτε µπορεί να είναι προσδιορισµένος, όπως στην τηλεφωνία και άλλοτε αόριστος όπως στην τηλεόραση και στη ραδιοφωνία. 4 η Το α είναι αµφίδροµο σύστηµα επικοινωνίας µεταξύ δύο ανταποκριτών, ενώ το β είναι ένα απλό σύστηµα επικοινωνίας. 5 η α η ασύρµατη µετάδοση, δηλαδή µε τη χρήση ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων. Π.χ.: η ραδιοφωνία, η τηλεόραση, το ραντάρ που είναι και µονόδροµα συστήµατα. β η ενσύρµατη µετάδοση, δηλαδή µε καλώδιο. Π.χ.: την απλή τηλεφωνία, όπου το ηχητικό σήµα µετατρέπεται σε ρεύµα και διατρέχει το καλώδιο. γ οι οπτικές επικοινωνίες, όπου τα σήµατα που θέλουµε να στείλουµε µετατρέπονται σε φως, που στη συνέχεια οδηγείται και µεταδίδεται σε ειδικό γυάλινο καλώδιο, που ονοµάζεται οπτική ίνα.

2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 4 6 η Ραδιοφωνία, Τηλεόραση, Τηλεφωνία, Τηλεγραφία για την αποστολή κειµένων, Τηλεοµοιοτυπία Fax, odems για επικοινωνία υπολογιστών, Ραδιοτηλεφωνία, Ραντάρ, ορυφορικά συστήµατα εκποµπής και λήψης, Οπτικές ίνες. Αυτά τα συστήµατα επικοινωνίας διαφέρουν: α στη φύση των διακινούµενων πληροφοριών β στα χαρακτηριστικά του µέσου µε το οποίο γίνεται η επικοινωνία και γ στον κατευθυντικό ή όχι χαρακτήρα της πληροφορίας. Τα παραπάνω τρία χαρακτηριστικά αποτελούν το σωστό σχεδιασµό κάθε τηλεπικοινωνιακού συστήµατος. 7 η Τα µηνύµατα-πληροφορίες αποτελούν τις φυσικές διεργασίες, όπως την οµιλία, τη µουσική και την εικόνα. Ο ήχος είναι αυξοµειώσεις της πίεσης του αέρα που διεγείρουν το όργανο της ακοής. Ενώ το οπτικό σήµα είναι αυξοµειώσεις της έντασης του φωτός που διεγείρουν το όργανο της όρασης.

3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 3 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ ο 1 η Το µικρόφωνο µετατρέπει τον ήχο σε ηλεκτρική τάση ή ρεύµα, ενώ το φωτοκύτταρο της κάµερας µετατρέπει τις αυξοµειώσεις του φωτός σε ηλεκτρικό ρεύµα τα οπτικά σήµατα. η Βασικό σήµα στις τηλεπικοινωνίες ονοµάζουµε το ηλεκτρικό σήµα που µπαίνει στην είσοδο του τηλεπικοινωνιακού συστήµατος και βγαίνει στην έξοδό του αφού περάσει διάφορα στάδια επεξεργασίας τόσο στον ποµπό, όσο και στο δέκτη. ηλαδή είναι το ηλεκτρικό µέγεθος που έχουµε στην έξοδο του αισθητήρα µετατροπέα και αντιπροσωπεύει το αρχικό φυσικό µέγεθος της πληροφορίας. 3 η Παρατηρούµε ότι το µήνυµα από τον ποµπό µε τη βοήθεια του αισθητήρα- µετατροπέα 1µικρόφωνο ή φωτοκύτταρο µετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύµα ή τάση, επεξεργάζεται κατάλληλα διαµορφώνεται και στέλνεται προς µετάδοση µέσω του µέσου µετάδοσης. Στην συνέχεια στο δέκτη επεξεργάζεται πάλι, έτσι ώστε να προκύψει το ωφέλιµο ηλεκτρικό σήµα και κατόπιν µε την βοήθεια του αισθητήρα-µετατροπέα µεγάφωνο-φωτοευαίσθητη οθόνη παίρνουµε το σήµα στη µορφή που το αποστείλαµε. 4η Πηγή πληροφορίας είναι οι φωνητικές χορδές. Στην έξοδο του µικροφώνου το σήµα είναι συνήθως ασθενές. Πρέπει λοιπόν να ενισχυθεί, ώστε µε αρχικά µεγάλη ισχύ να ταξιδέψει στο καλώδιο. Η επεξεργασία του σήµατος σε αυτήν την απλή περίπτωση είναι η ενίσχυση του. Στο καλώδιο το σήµα, λόγω µετατροπής µέρους της ενέργειας του σε θερµική φαινόµενο Joule, χάνει την ισχύ του, αποσβήνεται και γίνεται ασθενέστερο τόσο όσο µεγαλύτερο είναι το µήκος του καλωδίου. Στη λήψη το σήµα πρέπει να ενισχυθεί. Η επεξεργασία του, δηλαδή, είναι πάλι η απλή ενίσχυση, ώστε να είναι ικανό να διεγείρει το µεγάφωνο ή το ακουστικό. 5η Κατ αρχάς τα στάδια επεξεργασίας είναι διπλά και περιλαµβάνουν ενίσχυση του σήµατος προς τις δύο κατευθύνσεις και βεβαίως τους απαραίτητους µετατροπείς, µικρόφωνο και µεγάφωνο, στους δύο ανταποκριτές.

4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 4 από 4 Το στάδιο που εµφανίζεται στο σχήµα µε τον όρο «συζεύκτης σήµατος» έχει ως ρόλο να προσανατολίσει τη ροή του σήµατος προς την κατάλληλη φορά. Το σήµα 1 πρέπει να κατευθυνθεί προς τη φορά του αντίστοιχου βέλους, το σήµα προς την αντίστοιχη δική του. Ο συζεύκτης σήµατος, που τον συναντούµε σε κάθε τηλεφωνική συσκευή, κατασκευάζεται µε πολλούς τρόπους. Συνήθως είναι ένας διαφορικός µετασχηµατιστής, που επιτρέπει να ακούµε στο τηλέφωνο το σήµα του συνοµιλητή µας και όχι τη δική µας φωνή. Τη δική µας φωνή την ακούει ο συνοµιλητής µας. Να λοιπόν που σε ένα συνθετότερο σύστηµα απαιτείται διαδικασία και επεξεργασία του σήµατος πιο πολύπλοκη. 6η Όπως είναι γνωστό, τα δεδοµένα στην έξοδο ενός υπολογιστή είναι µια διαδοχική παραβολή των ψηφίων και 1 παράδειγµα 1111, που αντιπροσωπεύουν τα σύµβολα του αλφαβήτου και τα σηµεία στίξεως. Γνωρίζουµε επίσης ότι το υλοποιείται µε τάση Vol, και το 1 µε τάση 5 Vol. Για να στείλουµε ένα τέτοιο µήνυµα µέσω οπτικής ίνας, είναι ανάγκη αυτά τα σύµβολα να µετατραπούν µε κάποια ειδική διάταξη δίοδο ή laser σε φώς και να ταξιδέψουν µέσω της οπτικής ίνας Είναι προφανές επίσης ότι το φώς που θα φτάσει στον οπτικό δέκτη πρέπει µε άλλη αντίστροφη διάταξη φωτοδίοδο, φωτοτρανζίστορ να µετατραπεί πάλι σε τάση, ώστε ο υπολογιστής να το αντιστοιχίσει σε σύµβολα και 1. 7η Ας εξετάσουµε χωρίς πολλές λεπτοµέρειες την απαραίτητη βασική επεξεργασία που απαιτείται από την πλευρά του ποµπού. Οι ηχητικές πηγές συνήθως είναι περισσότερες από µια, φωνή, µουσική, κ.λ.π. Στην έξοδο του ή των µικροφώνων

5 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 5 από 4 απαιτείται ενίσχυση των σηµάτων και στη συνέχεια οµαδοποίηση τους µε τρόπο που να µην αλλοιώνονται τα αρχικά σήµατα. Επόµενο στάδιο είναι η µετατροπή τους σε ηλεκτροµαγνητικό κύµα, µια διαδικασία που υποψιαζόµαστε ότι είναι σαφώς πιό πολύπλοκη από αυτή των προηγούµενων παραδειγµάτων και την οποία θα εξετάσουµε σε επόµενη παράγραφο. Το ηλεκτροµαγνητικό κύµα διαδιδόµενο στο χώρο αποσβήνεται γρήγορα. Γι αυτό πρέπει να ενισχυθεί πολύ, πριν ταξιδέψει στο χώρο, ώστε να µπορέσει να έχει µεγάλη εµβέλεια και να φτάσει µακριά. Ο δέκτης από την άλλη πλευρά πρέπει να είναι κατάλληλος ώστε να συλλάβει το σήµα που διαδιδόµενο εξασθένησε. Να απορρίψει ανεπιθύµητα σήµατα και θόρυβο που µάζεψε το σήµα στην πορεία του και, αφού το ενισχύσει, µε αντίστροφη διαδικασία να αποδώσει τα αρχικά σήµατα. Αυτά πρέπει ενδεχοµένως να ενισχυθούν, για να διεγείρουν το ή τα µεγάφωνα, µέσω των οποίων θα ακροαστούµε τα µηνύµατα και θα απολαύσουµε τη µουσική. 8 η Τηλεπικοινωνιακό δίαυλο ή κανάλι ονοµάζουµε το µέσο µετάδοσης που χρησιµοποιούµε για τη µετάδοση του επεξεργασµένου σήµατος.

6 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 6 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 3 Ο 1η v : µεταβαλλόµενη τάση i : µεταβαλλόµενο ρεύµα s : γενικός συµβολισµός ενός βασικού σήµατος. η Χρησιµοποιούµε τον παλµογράφο για να παρατηρήσουµε την ακριβή εικόνα του σήµατος, δηλαδή παρατηρούµε και µελετούµε τη χρονική µεταβολή ενός σήµατος. 3 η Αναλογικό σήµα ονοµάζουµε το σήµα που παρουσιάζει συνεχείς µεταβολές στο χρόνο, σ αντίθεση µε το ψηφιακό ή αναλογικό σήµα που παρουσιάζει ασυνέχειες. 4η Για να συγκρίνουµε δύο σήµατα πρέπει να τα γνωρίζουµε: α Την ισχύ τους ή απλούστερα την έντασή τους. Είναι το µέγεθος που επιτρέπει να συγκρίνουµε και να εκτιµήσουµε αν ένα σήµα είναι ισχυρότερο ή ασθενέστερο από ένα άλλο αντίστοιχο σήµα. Στα σύνθετα σήµατα που έχουν τυχαία µορφή ο ακριβής υπολογισµός της ισχύος δεν είναι πάντοτε εύκολη υπόθεση. Και β Το ρυθµό µε τον οποίο εξελίσσονται στο χρόνο γρήγορα ή αργά, απότοµα ή λιγότερο απότοµα, έχουµε πολλές ή λίγες αλλαγές της τιµής του σήµατος στη µονάδα του χρόνου;. Ο ακριβής προσδιορισµός των ρυθµών µεταβολής ενός σήµατος επίσης δεν είναι πάντοτε εύκολη υπόθεση. Στον παλµογράφο απλώς µπορούµε να συγκρίνουµε αυτούς τους ρυθµούς µεταξύ δύο σηµάτων όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. Το σήµα β παρουσιάζει γρηγορότερους ρυθµούς µεταβολών από το α και έχει µεγαλύτερη ένταση 5 η Τα σήµατα διακρίνονται σε περιοδικά και µη περιοδικά. 6 η Περιοδικό ονοµάζουµε ένα σήµα το οποίο επαναλαµβάνεται κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριµένου χρονικού διαστήµατος, δηλαδή παίρνει µετά από συγκεκριµένο

7 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 7 από 4 χρόνο τις ίδιες τιµές. Αυτός ο συγκεκριµένος χρόνος ονοµάζεται περίοδος T του σήµατος και µετριέται σε sec. Το αντίστροφο της περιόδου ονοµάζεται συχνότητα f και µετριέται σε Hz sec -1. Η συχνότητα εκφράζει το ρυθµό επανάληψης του σήµατος στη µονάδα του χρόνου. 7 η Το απλούστερο περιοδικό σήµα είναι το ηµιτονικό σήµα. Είναι το βασικότερο σήµα στις τηλεπικοινωνίες και το χρησιµοποιούµε πάντοτε σαν σήµα αναφοράς, για να περιγράψουµε και να χαρακτηρίσουµε όλα τα άλλα ηλεκτρικά σήµατα. Η εικόνα του ηµιτονικού σήµατος στον παλµογράφο είναι Έτσι η έκφραση του ηµιτονικού σήµατος είναι: s oηµ ω φ oηµ πf φ όπου φ είναι η αρχική φάση του σήµατος στην περίπτωση όπου το σήµα δεν έχει τιµή τη χρονική στιγµή sec. Το o είναι η µέγιστη τιµή του σήµατος και την ονοµάζουµε πλάτος του σήµατος. Επίσης όταν µια ηµιτονική τάση ή ρεύµα διεγείρει ένα κύκλωµα, τότε παντού στο κύκλωµα, σε οποιδήποτε κλάδο του, αποκαθίσταται ηµιτονική τάση ή ρεύµα. Με απλά λόγια το ηµιτονικό σήµα διατηρεί σε οποιοδήποτε σύστηµα, απλό ή σύνθετο, τη µορφή και τη

8 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 8 από 4 8 η συχνότητα του. Το µόνο που αλλάζει είναι το πλάτος του ο και η φάση του φο. P 9 η Μη περιοδικά ονοµάζονται τα σήµατα που δεν παρουσιάζουν επαναληπτικότητα. Π.χ.: το σήµα της οµιλίας, το σήµα από τη σάρωση µιας εικόνας από τη κάµερα, όπως και όλα τα σήµατα στη φύση.

9 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 9 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 4 Ο 1η Φάσµα ενός σήµατος είναι το σύνολο των συχνοτήτων των ηµιτονικών σηµάτων µε συγκεκριµένα πλάτη που πρέπει να προστεθούν, ώστε να δώσουν ως αποτέλεσµα το αρχικό σήµα. ιακρίνεται σε διακριτό και σε συνεχές. α Οποιοδήποτε περιοδικό µη ηµιτονικό σήµα περιόδου Τ έχει φάσµα που αποτελείται από άπειρες συχνότητες, οι οποίες είναι ακέραια πολλαπλάσια της βασικής συχνότητας f 1/T του σήµατος. Οι συχνότητες αυτές λέγονται αρµονικές συχνότητες και το φάσµα λέγεται διακριτό φάσµα. π.χ.: οι ήχοι των µουσικών οργάνων β Οποιοδήποτε µη περιοδικό σήµα έχει φάσµα που απότελείται από άπειρο αριθµό ηµιτονικών σηµάτων, των οποίων οι συχνότητες είναι τυχαίες, δεν έχουν σχέση µεταξύ τους και περιλαµβάνονται µεταξύ δύο ακραίων συχνοτήτων Fmin ελάχιστη και Fmax µέγιστη, οι οποίες εξαρτώνται από τη φύση του σήµατος. π.χ.: οι σχυχνότητες που ανήκουν στην ακουστική µπάντα. η Ναι, λόγω ότι η ανδρική φωνή επικεντρώνεται στις χαµηλές συχνότητες, ενώ η γυναικεία φωνή παρουσιάζει µεγαλύτερα πλάτη στις υψηλές συχνότητες. 3 η Ο αναλυτής φάσµατος χρησιµοποιείται όταν θέλουµε να παρατηρήσουµε και να µελετήσουµε τη φασµατική εικόνα ενός σήµατος.

10 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 4 4 η Ναι, όσο πιο πλούσιο σε συχνότητες είναι ένα σήµα τόσο µεγαλύτερη είναι και η ποσότητα της πληροφορίας που περιέχει το σήµα. 5η α Μουσικό ακουστικό φάσµα. Το ακουστικό φάσµα ενός µουσικού σήµατος είναι στη ζώνη από Hz έως khz. β Φάσµα Video. Το οπτικό φάσµα ή φάσµα Video στην έξοδο του φωτοκυττάρου της κάµερας καταλαµβάνει την ευρεία ζώνη από Hz έως 5 Hz. γ Ανθρώπινη οµιλία. Πειράµατα έχουν δείξει ότι η φασµατική ζώνη της ανθρώπινης οµιλίας εκτείνεται από Hz έως 1 ή 15 khz. δ Τηλεφωνική φασµατική ζώνη. Έχει αποδειχθεί ότι το ουσιαστικότερο τµήµα του φάσµατος της ανθρώπινης οµιλίας είναι από 3 Hz έως 34 Hz. Είναι το τµήµα του φάσµατος που περιέχει τα βασικά χαρακτηριστικά που επιτρέπουν, αν κάποιος το ακούσει από µακριά, να καταλάβει ποιος οµιλεί. Είναι ακριβώς η ζώνη που διεθνώς έχει καθοριστεί, για να αποστέλλεται µέσω των τηλεφωνικών γραµµών. Γι αυτό ονοµάζεται και τηλεφωνικό φάσµα. 6 η Εύρος ζώνης λειτουργίας ενός ενισχυτή ονοµάζουµε τη ζώνη συχνοτήτων που µπορεί ο ενισχυτής να ενισχύσει οµοιόµορφα. Αν αυτή η ζώνη είναι µικρότερη από τη φασµατική ζώνη του σήµατος, τότε το σήµα θα είναι φτωχότερο και αλλοιωµένο. Πρέπει λοιπόν ο ενισχυτής που θα χρησιµοποιείται να έχει εύρος συχνοτήτων µεγαλύτερο απ αυτό των συχνοτήτων του σήµατος που θέλει να ενισχύσει, αν θέλουµε στην έξοδο να πάρουµε το σήµα όπως το βάλαµε στην είσοδο.

11 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 11 από 4 7 η Τα φίλτρα είναι ηλεκτρονικά κυκλώµατα τα οποία αλλοιώνουν ή αλλάζουν την αρχική φασµατική ζώνη ενός σήµατος. Χρησιµοποιούνται όταν θέλουµε να περιορίσουµε τη ζώνη του φάσµατος ενός σήµατος, όπως της οµιλίας που πρέπει να περάσει µέσα από το τηλεφωνικό κανάλι. 8 η Τα φίλτρα διακρίνονται σε: α Χαµηλοδιαβατό ή χαµηλοπερατό φίλτρο. Είναι αυτό που επιλεκτικά αφήνει να διέλθει το χαµηλό τµήµα συχνοτήτων. Η λειτουργία του και το σύµβολό του φαίνονται στο σχήµα. β Υψηλοδιαβατό ή υψηλοπερατό φίλτρο. Είναι αυτό που επιλεκτικά αφήνει τη διέλευση του υψηλού τµήµατος των συχνοτήτων. Η λειτουργία και το σύµβολό του φαίνονται στο σχήµα. γ Φίλτρο διέλευσης ζώνης. Είναι αυτό που επιτρέπει τη διέλευση συγκεκριµένου µεσαίου τµήµατος του φάσµατος. Η λειτουργία και το σύµβολό του φαίνονται στο σχήµα.

12 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 4 δ Φίλτρο απόρριψης ζώνης. Είναι αυτό που δεν αφήνει να διέλθει συγκεκριµένο µεσαίο τµήµα του φάσµατος ενός σήµατος. Η λειτουργία και το σύµβολό του φαίνονται στο σχήµα 9 η Συχνότητες αποκοπής. Και είναι οι συχνότητες στις οποίες η ισχύς του σήµατος στην έξοδο υποβιβάζεται κατά 3dB, δηλαδή πέφτει στο µισό σε σχέση µε την ισχύ που έχει το σήµα στις συχνότητες λειτουργίας. π.χ.: 1 η Ναι, εύρος ζώνης έχουµε γενικά σε όλα τα µέσα µετάδοσης, φυσικά και στα καλώδια, γι αυτό και σε διαφορετικές εφαρµογές χρησιµοποιούµε διαφορετικό τύπο καλωδίου. Έτσι τα καλώδια καθορίζουν την ποιότητα του σήµατος.

13 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 13 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 5 Ο 1 η Το βασικό σήµα πληροφορίας για να µεταδοθεί µέσω καναλιού µετάδοσης πρέπει να µετατραπεί σε ηλεκτροµαγνητικό κύµα που αποτελείται από δύο συνιστώσες. Η µια είναι του ηλεκτρικού πεδίου και η άλλη του µαγνητικού πεδίου. ηµιουργείται µέσω πηνίου φαινόµενο της επαγωγής. Το πηνίο αυτό επάγει την ενέργεια του αυτή σ άλλο πηνίο, µε το οποίο αποτελούν µαζί την κεραία. Η κεραία διαδίδει στο χώρο την ενέργεια που αποταµιεύει. Η ευκολία διάδοσης του κύµατος είναι ανάλογη µε την τιµή της συχνότητας. ηλαδή όσο µεγαλύτερη συχνότητα έχει ένα σήµα τόσο πιο εύκολα διαδίδεται στο χώρο. Επίσης η κεραία θα πρέπει να έχει συγκεκριµένες διαστάσεις, δηλαδή να έχει µήκος ανάλογο µε το µήκος κύµατος του ακτινοβολούµενου κύµατος. η Όχι, επειδή θα απαιτούνταν πολύ µεγάλου µήκους κεραία. 3 η ιαδικασία διαµόρφωσης του σήµατος ονοµάζουµε την τεχνική που εφαρµόζουµε για να µπορέσει το σήµα της πληροφορίας να µεταδοθεί διαµέσου του µέσου µετάδοσης. Κατά την τεχνική αυτή «φορτώνουµε» το ωφέλιµο σήµα της πληροφορίας πάνω σε ένα άλλο σήµα υψηλότερης συχνότητας, που µεταδίδεται ευκολότερα λόγω µικρότερων αποσβέσεων, για να το µεταφέρει διαµέσου του διαύλου µετάδοσης. 4 η Φέρον σήµα ή κύµα ονοµάζουµε ένα υψήσυχνο σήµα το οποίο χρησιµοποιείται για τη µετάδοση

14 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 14 από 4 µέσω του διαύλου µετάδοσης του βασικού σήµατος πληροφορίας. 5 η Αποδιαµόρφωση ονοµάζουµε τη διαδικασία κατά την οποία το ωφέλιµο σήµα διαχωρίζεται στο δέκτη από το φέρον σήµα. 6η Ηλεκτροµαγνητικό κύµα ονοµάζουµε µια µορφή ενέργειας που προκύπτει από την συνδυασµένη διάδοση του ηλεκτρικού και του µαγνητικού πεδίου, που είναι κάθετα µεταξύ τους και κάθετα προς τη διεύθυνση διάδοσης τους. Η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος στο κενό είναι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός, το οποίο και αυτό είναι ηλεκτροµαγνητικό κύµα. c 3. km/sec m/sec Αν η διάδοση δε γίνεται στο κενό, αλλά σε άλλο µέσο, για παράδειγµα, σε υγρό, σε γυαλί ή σε κάποιο καλώδιο, η ταχύτητα είναι διαφορετική και υπολογίζεται από τη σχέση: c ' c ε 7 η Μήκος κύµατος λ ονοµάζουµε την απόσταση που διανύει το διαδιδόµενο κύµα κατά χρονική διάρκεια µιας περιόδου Τ. Όπου Τ η περίοδος του ηλεκτρικού σήµατος από το οποίο δηµιουργήθηκε. Το µήκος κύµατος µετριέται σε m, αλλά βασικό υποπολλαπλάσιο που χρησιµοποιούµε είναι το 1nm1-9 m. Το µήκος κύµατος λ υπολογίζεται από τον τύπο: 1 λ ct ή λ c λ f 8 η Πόλωση του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος ονοµάζουµε το επίπεδο ταλάντωσης του, δηλαδή την κατεύθυνση του. Το επίπεδο πόλωσής του ταυτίζεται µε το επίπεδο διάδοσης του ηλεκτρικού πεδίου. Έτσι αν το επίπεδο ταλάντωσης του ηλεκτρικού πεδίου είναι οριζόντιο, κατακόρυφο ή αλλάζει συνεχώς λέµε ότι η πόλωση του κύµατος είναι c f

15 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 15 από 4 οριζόντια, κατακόρυφη ή κυκλική. Η κεραία επίσης καθορίζει την πόλωση του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος. π.χ.: αν η κεραία είναι οριζόντια τότε δηµιουργεί οριζόντια πολωµένο κύµα. 9 η Η σχέση που συνδέει τα µέτρα των εντάσεων του ηλεκτρικού πεδίου E και του µαγνητικού πεδίου H ενός κύµατος είναι: ή ισοδύναµη αντίσταση του κενού. Το µέτρο της έντασης Eτου ηλεκτρικού πεδίου µετριέται σε Vol/m και το µέτρο της έντασης H του µαγνητικού πεδίου µετριέται σε A/m 1 η Πυκνότητα ισχύος ονοµάζουµε την ηλεκτροµαγνητική ισχύς ανά µονάδα επιφανείας. Μετριέται σε W/m και υπολογίζεται από τον τύπο: 11 η Η ισχύς του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος χάνεται αντιστρόφως ανάλογα προς το τετράγωνο της απόστασης. Έτσι αν διπλασιαστεί η απόσταση, τότε η ισχύς υποτετραπλασιάζεται, φυσικά όταν δεν υπάρχουν εµπόδια. E H ρ E H 1π 377Ω E 1π

16 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 16 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 6 Ο 1 η ιαµόρφωση ονοµάζουµε τη διαδικασία που χρησιµοποιούµε για να µεταδώσουµε ένα βασικό σήµα. Χρησιµοποιούµε ένα σήµα υψηλής συχνότητας φέρον, που αποτελεί και το σήµα που θα µεταφέρει το ωφέλιµο σήµα όταν θα διαδοθεί µέσω του καναλιού διάδοσης. Το βασικό σήµα απεικονίζεται σε κάποιο από τα χαρακτηριστικά πλάτος, φάση, συχνότητα του φέροντος σήµατος. Το φέρον επιλέγεται ανάλογα µε το κανάλι µετάδοσης και την εφαρµογή που θέλουµε να κάνουµε. η Τα είδη των διαµορφώσεων, εξαρτώνται από το είδος του ωφέλιµου σήµατος καθώς και από το είδος του φέροντος. Χωρίζονται σε: α Αναλογικές: Αναλογικό ωφέλιµο σήµα Ηµιτονικό φέρον σήµα. β Παλµικές: Αναλογικό ωφέλιµο σήµα Παλµικό φέρον σήµα. γ Ψηφιακές: Ψηφιακό ωφέλιµο σήµα. 3 η 4 η Το φέρον θα έχει συχνότητα πολύ µεγαλύτερη από τη µεγαλύτερη συχνότητα του ωφελίµου σήµατος. f>>fmax. Το φέρον είναι ηµιτονικό σήµα της µορφής: ηµ ω φ ηµ πf φ

17 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 17 από 4 5 η Σήµα διαµόρφωσης ονοµάζουµε το ωφέλιµο σήµα. Ενώ διαµορφωµένο φέρον ονοµάζουµε το σύνθετο σήµα που προκύπτει από το φέρον και το ωφέλιµο σήµα. 6 η ιαµόρφωση πλάτους ΑΜ ονοµάζουµε το διαµορφωµένο φέρον, που προκύπτει αν τροποποιήσουµε το πλάτος του φέροντος κύµατος ανάλογα µε τις µεταβολές του πλάτους του ωφέλιµου σήµατος. 7 η 8 η 9 η Συνάρτηση ωφέλιµου σήµατος: s ηµ Ω ηµ πf Συνάρτηση φέροντος: ηµ ω ηµ πf Συνάρτηση διαµορφωµένου φέροντος: E { ηµ Ω} ηµ ω 1 η Ποσοστό διαµόρφωσης ονοµάζουµε τον καθαρό αριθµό που ισούται µε το πηλίκο: m και δίνεται σε ποσοστό επί τοις εκατό %.

18 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 18 από 4 11 η Άρα οι συχνότητες του διαµορφωµένου σήµατος είναι: f, f-f, ff 1 η Στη ραδιοφωνία µε διαµόρφωση πλάτους υπάρχει περιορισµός σύµφωνα µε τα διεθνή πρότυπα Fmax5kHz, για το φάσµα που θα καλύπτει το κάθε σήµα, ενώ η ζώνη συχνοτήτων της ΑΜ εκτείνεται από 56 khz έως 16 khz [ ] [ ] [ ] [ ] E E E E E } { Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω ω συν ω συν ω ηµ ω συν ω συν ω ηµ ω ηµ ηµ ω ηµ ω ηµ ηµ ω ηµ ω ηµ ηµ

19 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 19 από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 7 Ο 8 Ο 1 η Η ισχύς του διαµορφωµένου φέροντος είναι το άθροισµα των ισχυών όλων των φασµατικών ακτινών του. m m m m m m m Ρ Ρ Ρ Ρ Ρ Ρ Ρ ολ ολ ολ ολ η Η ωφέλιµη ισχύς που απαιτείται για να έχουµε λήψη είναι η ισχύς των δύο πλευρικών φασµατικών ακτινών, αφού η πληροφορία βρίσκεται σ αυτές. m Ρ 4 ωφ Αυτή είναι κατά µέγιστο, το 1/3 της ολικής ισχύος 3 η Αποτελεσµατικότητα της διαµόρφωσης D ονοµάζουµε το πηλίκο της ωφέλιµης ισχύος προς την ολική ισχύ. m m P P D ολ ωφ Τη µεγαλύτερη αποτελεσµατικότητα την έχουµε όταν o βαθµός διαµόρφωσης είναι 1% ή m1. Η αποτελεσµατικότητα δείχνει και την σπατάλη σε ισχύ, που κάνουµε λόγω διαµόρφωσης. 4 η Το ποσοστό διαµόρφωσης στον παλµογράφο το υπολογίζουµε, αφού πρώτα µετρήσουµε το pp των µεγίστων A και των ελαχίστων B πλατών. Το ποσοστό διαµόρφωσης ma-b/ab

20 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 4 ηλαδή: A1m και B-1-m. Άρα: Α/Β1m/1-m και βγαίνει η σχέση ma-b/ab Θα παρατηρήσουµε διαγράµµατα τραπεζίου. mτυχαίο m1 5 η Σ αυτή την περίπτωση το σήµα s παίζει το ρόλο του φέροντος. Έτσι το φάσµα δεν έχει συχνότητα φέροντος και η ωφέλιµη ισχύς είναι όλη η ισχύς του σήµατος. P ολ P ωφ Το σήµα E { ηµ Ω} ηµ ω γίνεται E ηµ Ω ηµ ω οπότε E ηµ Ω ηµ ω συν[ ω Ω ] συν[ ω ] Ω 6 η ιαµόρφωση DBsc ονοµάζουµε τη διαµόρφωση ΑΜ χωρίς το φέρον. Μ αυτή τη διαµόρφωση λύσαµε το πρόβληµα σπατάλης σε ισχύ. 7 η Η διαµόρφωση Bsc ονοµάζουµε τη διαµόρφωση κατά την οποία εκπέµπουµε τη µια από τις πλευρικές ζώνες, η οποία φυσικά περιέχει όλη την πληροφορία του σήµατος. Μ αυτή τη διαµόρφωση εκτός από οικονοµία σε ισχύ κάνουµε και οικονοµία σε φάσµα. Ο όρος UB αντιπροσωπεύει την πάνω πλευρική ζώνη συχνοτήτων, ενώ ο όρος B αντιπροσωπεύει την κάτω πλευρική ζώνη συχνοτήτων.

21 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 4 8 η Η Vmax Η ωφέλιµη ισχύς της διαµόρφωσης A είναι: m Ρ ΑΜ 4 ωφ, ή Ρωφ, ΑΜ 4 Η ωφέλιµη ισχύς στην B διαµόρφωση εφόσον ενισχυθεί έως την τιµή είναι: Άρα: Ρ ωφ, B Ρ ωφ, ΑΜ Ρ 4 ωφ, B 8 Ρ 4 Ρ ωφ, B ωφ, B 8Ρ ωφ, ΑΜ Αν υπολογίσουµε τη σχέση σε db έχουµε: Ρ ωφ για το ίδιο πλάτος σήµατος. [ Ρ, ΑΜ] 1log8 1logΡ, ΑΜ 9dB 1 Ρ, ΑΜ, B log 8 log 1 ωφ ωφ ωφ όπως διαπιστώνουµε η διαµόρφωση B είναι πιο αποτελεσµατική από τη διαµόρφωση A. 9 η Στη ραδιοτηλεφωνία των βραχέων κυµάτων χρησιµοποιούµε τη διαµόρφωση B λόγω της απαίτησης σε ισχύ. 1 η Στο δέκτη στην περίπτωση της B διαµόρφωσης, θα πρέπει στο δέκτη πρέπει να ξαναδηµιουργήσουµε τοπικά τη φασµατική συχνότητα του φέροντος. Αυτό κάνει τον δέκτη πολυπλοκότερο. Όµως για να διευκολυνθεί η διαδικασία της αποδιαµόρφωσης, επιβάλλεται η εκποµπή B, αλλά χωρίς να λείπει τελείως το φέρον.

22 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 4 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 9 Ο 1 η Το σήµα της πληροφορίας αποτυπώνεται στη µεταβολή της συχνότητας του φέροντος, το οποίο διατηρεί σταθερό το πλάτος του. Η σχέση που περιγράφει τη διαδικασία αυτή είναι: ffk s, όπου f η συχνότητα του φέροντος σήµατος. Αν: 1 s τότε ff s ηµω τότε ffk ηµω η Ο συντελεστής k χαρακτηρίζει: α το διαµορφωτή. β τον τρόπο κατασκευής του διαµορφωτή. γ την κλίση του διαµορφωτή που µετριέται συνήθως σε khz/vol Άρα ff fmax ηµω 3 η Μέγιστη απόκλιση συχνότητας fmax ονοµάζουµε τη µέγιστη αποµάκρυνση της συχνότητας του διαµορφωµένου φέροντος από τη κεντρική f. f max Άρα E E ηµ ω συν Ω E ηµ [ ω m f συν Ω ] F

23 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 3 από 4 4 η Ο δείκτης διαµόρφωσης mf υπολογίζεται από τον τύπο: f F k F max m f 5 η Από το δείκτη διαµόρφωσης mf 6 η Με την βοήθεια του πίνακα µε τους συντελεστές του Besselσελ.49, σχεδιάζω το φάσµα F για mf1,5βλέπε σχήµα η B fmax F mf. F F F. mf 1 Σχέση Carson. Απ αυτή υπολογίζουµε το εύρος ζώνης του σήµατος F. 8 η Το εύρος ζώνης εξαρτάται από το δείκτη διαµόρφωσης. Όσο µεγάλο εύρος ζώνης έχουµε τόσο λιγότερο ευπαθές στο θόρυβο είναι το σήµα. Γι αυτό όταν χρειαζόµαστε µεγάλες απαιτήσεις σε καθαρό σήµα επιδιώκουµε µεγάλο mf mf > 1, όπως στη ραδιοφωνία. Όπου οι απαιτήσεις είναι µικρότερες, όπως στη ραδιοτηλεφωνία, επιδιώκουµε µικρό mf mf 1. 9 η Στη ραδιοφωνία F διεθνώς έχουν καθιερωθεί οι τιµές: Fmax 15 khz εύρος ζώνης σήµατος fmax 75 khz µεταβολή µέγιστης συχνότητας Άρα mf 5 δείκτης διαµόρφωσης Έτσι, Β khz εύρος ζωνης Όριο µη επικάλυψης των σταθµών khz. 1 η Η ισχύς του φέροντος πριν και µετά την αποδιαµόρφωση είναι η ίδια, γιατί το πλάτος του σήµατος παραµένει σταθερό: Pολ Eo / Ο διαµορφωτής δε χορηγεί πρόσθετη ισχύ στο φέρον. Η ισχύς κατανέµεται σε όλη τη φασµατική ζώνη που προκύπτει. Ο δέκτης, για να αποδιαµορφώσει το διαµορφωµένο φέρον, πρέπει να λάβει όλη τη φασµατική ζώνη του σήµατος. 11 η Ισχύς εκποµπής: α στην A διαµόρφωση δεν είναι σταθερή και εξαρτάται από το δείκτη διαµόρφωσης ή το πλάτος του σήµατος s εισόδου. β στην F διαµόρφωση είναι σταθερή και το σήµα s δεν χρειάζεται ενίσχυση. Αξιοποίηση της ισχύος:

24 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 4 από 4 α στην A διαµόρφωση το µεγαλύτερο µέρος της ισχύος σπαταλιέται στο φέρον και ένα µικρό ποσοστό στις πλευρικές ζώνες συχνοτήτων. β στην F διαµόρφωση όλη η ισχύς ανακατανέµεται σε όλη τη φασµατική ζώνη συχνοτήτων. Άρα καλύτερη αξιοποίηση από την F. Ενίσχυση του σήµατος: α στην A διαµόρφωση ενισχύουµε το σήµα αµέσως µετά την διαµόρφωση, έτσι ώστε να µην εισαχθεί παραµόρφωση. β στην F διαµόρφωση η τυχόν ύπαρξη παραµόρφωσης δεν είναι επιζήµια, επειδή η πληροφορία περιέχεται µέσα στο φέρον. Πλεονεκτήµατα-µειονεκτήµατα: α Πλεονεκτεί η A διαµόρφωση στο µικρό εύρος ζώνης. β Πλεονεκτεί η F διαµόρφωση στην ανοχή στο θόρυβο, λόγω χρήσης µεγάλου εύρους ζώνης. στο λόγο σήµα/θόρυβο 64 φορές απ ότι η ΑΜ. Στη µετάδοση-λήψη ποιοτικής µουσικής. 1 η Χρησιµοποιούµε ενισχυτές µε µικρή παραµόρφωση. Ενισχυτές σε τάξη ΑΒ. 13 η Χρησιµοποιούµε ενισχυτή τάξης C, που έχει µεγάλη απόδοση.