מבוא והספרתית. ספטמבר

Transcript

1 אינגר משה 4Z1PF

2 2 מבוא הספר "" נכתב עקב הצורך שהתעורר לחומר מתומצת בנושא. נושא התקשורת בקורס ל"חובבי רדיו דרגה ב' ודרגה טכנית" אינו דורש העמקה מתמטית אלא הבנת עקרונות התקשורת האלחוטית, האנלוגית והספרתית. החומר הכלול בספר הוא ברמה העקרונית בלבד, ללא העמקה מתמטית. זאת כדי להבין את המערכות והכללים לפיהם פועלת מערכת תקשורת. אין הוא מתיימר לשמש כמדריך לאיתור ליקויים או תכנון מעגלים. לצורך לימוד נושאים אלה יש להיעזר בספרות מתאימה. חלקו השני של הספר עוסק בתקשורת לווינים, חלק זה הוכנס לספר ללא הרחבה אלה כפי שהוא נמצא בשקפים ששימשו אותי לצורך הדרכת הנושא באחד הקורסים. למתכוננים למבחני דרגה א' מומלץ לעיין באוסף השקפים המלא שמופיע בספר "לוויני תקשורת לחובבי רדיו". אינגר ספטמבר משה 2003 כל הזכויות שמורות 2003

3 3 תוכן עניינים הקדמה מושגים בתקשורת אלקטרומגנטית הגדרת תקשורת העברת מידע האפנון מגבלות במערכת תקשורת יצירת גלים אלקטרומגנטיים ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים התפשטות גלי רדיו גל משטחי גל מרחב גל רקיע דעיכה אנטנות אנטנת דו-קוטב עקום קרינה זווית קרינה רוחב פס התנגדות אופיינית אנטנת היאגי הגבר אנטנה אנטנת משטח הארקה אנטנת ג 5/8 אנטנת חלון קווי תמסורת תאום הקו לעומס אפנון אפנון תנופה גורם האפנון פסי צד באפנון תנופה רוחב פס באפנון תנופה אפנון תדר סטית התדר ומנת האפנון פסי צד ורוחב פס באפנון תדר יתרונות וחסרונות FM בהשוואה ל- AM מקלטי רדיו מקלט ישיר תכונות מקלטי הרדיו ברירות המקלט רגישות נאמנות

4 מקלט סופרהטרודיין תדר בבואה מקלט סופרהטרודיין כפול ממסרי רדיו קידוד השידור והקליטה צרור הפעלה תדר תת שמע DTMF DTSS תקשורת ספרתית אות אנלוגי אות ספרתי אפנון קידוד ממיר אנלוגי/ספרתי זיהוי שגיאות סיבית התחלה וסיבית סיום מודם קרינה אלקטרומגנטית והשפעתה על גוף האדם לוויני תקשורת חוקי קפלר חוקי המשיכה הכובדית של ניוטון זמן מחזור זמן הקפה מסלולי לווינים מסלול מעגלי מסלול מסונכרן עם השמש מסלול גיאוסטציונרי מסלול מונייה עקיבה טרנספונדר משיב מערכות הלווין נספח א' עוצמת אות - הדציבל נספח ב' נתוני אנטנה

5 5 הקדמה "ראו מה זאת עשה אלוהים לנו" במברק זה חנך סמואל מורס את הטלגרף הראשון בעולם, ובכך החל ב עידן התקשורת החוטית. העברת קולות למרחקים גדולים התאפשרה עם המצאת הטלפון בשנת 1876 על ידי אלכסנדר גרהם בל, בסוף המאה ה 19 - הומצאה המרכזת האוטומטית, וכתוצאה מכך התפתחו רשתות הטלפונים בקנה מידה נרחב. המערכת האלחוטית הראשונה של שידור-קליטה, נבנתה על ידי היינריך הרץ בשנת הרץ הצליח לקלוט את הקרינה האלקטרומגנטית המשודרת על ידו עד למרחק של 20 מטר מהמשדר. מהניסויים שערך, הראה כי לקרינה זו כל התכונות של קרני אור: התפשטות בקווים ישרים, החזרה, קיטוב ושבירה. בכך הוא אישש את התיאוריה של מקסוול, שלפיה מתפשטת הפרעה אלקטרומגנטית במרחב במהירות האור. בשנת 1893 המציא אדיסון את שפופרת הריק, זו אפשרה את שיכלול המשדר והמקלט של הרץ, ואפשר את השידור למרחקים גדולים. בשנת 1897 הקים מרקוני את הטלגרף האלחוטי הראשון, הוא הצליח להגדיל את טווח השידור באמצעות בלונים ועפיפונים להגבהת האנטנות. יש הרואים במרקוני ממציא הרדיו. שפופרת הטלוויזיה הראשונה הומצאה ב על ידי זבוריקין. שנתיים לאחר מכן נערך שידור הטלוויזיה הראשון - בשחור לבן, בראשית שנות החמישים הוחל בשידורי צבע. המצאת הטרנזיסטור ב על ידי בארדין, בראטאן ושוקלי, חוללה שינויים מפליגים בתקשורת. בגלל הממדים הזעירים, ובעיקר בכלל טכניקות של הכללה בקנה מידה רחב, התפתח השימוש בתקשורת ספרתית (DIGITAL) במקום בתקשורת תקבילית (ANALOG) והתאפשר בין השאר השימוש בלווייני תקשורת להעברת שידורים למרחקים גדולים. האם ניתן לחזות את התפתחות התקשורת בעתיד? על כך אין לנו תשובה, אנו שומעים חדשות לבקרים תחזיות מתחזיות שונות, אך יתכן והמצאה נוספת תחולל מהפיכה חדשה שלא חשבנו עליה.

6 6 הגדרת תקשורת מושגים בתקשורת אלקטרומגנטית ניתן להגדיר את התקשורת כתהליך שבו מועבר מידע ממקום מסוים, המכונה מקור המידע (SOURCE) למקום אחר, המכונה יעד המידע (DESTINATION). קיימים אמצעים שונים לביצוע תהליך כזה, אולם אנו נתרכז באמצעים האלקטרוניים בלבד. העברת מידע - סקירה כללית תחילה ננסה להגדיר את המושג מידע (בתחום התקשורת ). נוכל לקבל מושג על מהות המידע אם נצביע על צורות שונות שבהן הוא מתגלה: סידרה של סמלים או אותיות, גודל פיזיקלי כגון: לחץ או טמפרטורה, המשתנה בתלות במקום או בזמן, צירופים שונים של עוצמת אור או צבעים, המרכיבים תמונת טלוויזיה ועוד. במרבית המקרים, המידע במקורו אינו חשמלי ולכן יש צורך להמיר אותו לגודל חשמלי, המכונה אות המידע או פשוט אות.(SIGNAL) ההתקנים המבצעים את ההמרה מכונים מתמרים.(TRANSDUCERS) לדוגמא, המיקרופון ממיר את גלי הקול לשינויי מתח או זרם ואלה מהווים את האות החשמלי המייצג את הקול. דוגמא נוספת היא מצלמת הטלוויזיה: היא כוללת מתמר המתרגם שינויים בבהיקות המראה המצולם לשינויי זרם, המהווים את אות הטלוויזיה. למתמרים אלה חשיבות רבה כשלעצמם, אולם לא נדון בהם כאן. אנו נתחיל את הדיון מהרגע שהמידע תורגם לאות חשמלי. באיור 1 מתוארים המרכיבים העיקריים של מערכת תקשורת. איור 1- תרשים עקרוני של מרכיביה העיקריים של מערכת תקשורת

7 7 אם נתעלם מהמתמרים במבוא ובמוצא, מ- 3 חלקים עיקריים: נראה שמערכת התקשורת מורכבת משדר א..(TRANSMITTER) מקלט ב..(RECEIVER) ג. ערוץ התקשורת. (TRANSMISSION CHANNEL) תפקידו של המשדר להביא את אות המידע למצב נוח לשידור, כלומר, להתאים אותו לתנאים מסוימים השוררים בערוץ התקשורת. לשם כך, המשדר מרכיב את אות המידע על אות אחר, המכונה גל נושא CARRIER).(WAVE פעולת ההרכבה נקראת אפנון (MODULATION) ובהמשך נדון בו בצורה מפורטת. ערוץ התקשורת הוא המונח המצביע על הסביבה או התווך (MEDIUM) שבין המשדר למקלט. מבחינים בין ערוץ חוטי, המורכב מזוג תיילים שדרכם מועבר האות המשודר למקלט, ובין ערוץ אלחוטי, המנצל את כושרם של גלים אלקטרומגנטיים WAVES) (ELECTROMAGNETIC להתפשט באטמוספירה או בחלל. הערוץ הקווי יכול להיות זוג תיילים, כבל משותף ציר (COAXIAL) או סיבים אופטיים. כאשר ערוץ התקשורת הוא החלל החופשי, משתמשים באנטנת שידור לתיאום בין המשדר לבין הערוץ, ובאנטנת קליטה לתיאום בין הערוץ לבין המקלט. לכל ערוץ תקשורת יש שתי השפעות חשובות על האות המשודר. שתיהן לא רצויות: בדרך כלל האחת - ניחות (ATTENUATION) של האות המשודר, ככל שהוא מתקדם בתוך הערוץ. כלומר החלשת עצמתו, (DISTORTION) השניה - הכנסת רעשים (NOISE) ועיוותים באות המשודר. הרעשים עשויים להיות מעשה ידי אדם, כגון תחנות שידור נוספות הפועלות באותה סביבה, ניצוצות של מנועים הפועלים בסמוך למשדר או למקלט ועוד. נוסף לכך, קיימים רעשים טבעיים הנובעים מהאופי האקראי (RANDOM) של תנועת האלקטרונים במוליכים, מתהליכים חשמליים המתרחשים בשכבות שונות של האטמוספירה ועוד. רעשים אקראיים אלה אי אפשר לסלק בשום אופן. גם אילו הצלחנו לסלק את כל גורמי הרעש בערוץ התקשורת, עדיין היו נותרים העיוותים. אלו הם שינויים בתכונות מסוימות של האות המשודר, הנגרמים במהלך התקדמותו בערוץ. דוגמא לעיוותים אלה היא שינוי המופע של אותות בעלי תדרים שונים.

8 8 לאחר המעבר דרך ערוץ התקשורת, מגיע האות המשודר אל המקלט. אות המידע מורכב (או "רוכב") על גל נושא. תפקיד המקלט הוא להפריד את אות המידע מתוך האות המשודר. האות המגיע למקלט אינו זהה לאות המשודר - בגלל הניחות, הרעשים והעיוותים הקיימים בערוץ. פעולתו העיקרית של המקלט היא מיצוי האפנון (DEMODULATION) שהוא תהליך הפוך לתהליך האפנון. מונח נוסף המתאר פעולה זו, הוא גילוי.(DETECTION) האפנון אין באפשרותנו להעביר את המידע כפי שהוא במקור, יש צורך להרכיבו על גל נושא. פעולת ההרכבה נקראת בשם אפנון. בזמן האפנון משנים את אחד הגדלים האופייניים של הגל הנושא, בהתאם לערך הרגעי של אות המידע. קיימים שלושה גדלים אופייניים לכל גל נושא: תנופה א.. (AMPLITUDE) תדר ב. (FREQUENCY) מופע ג. (PHASE) בהתאם לכך, ניתן לבצע אפנון תנופה (את"ן), אפנון תדר (את"ד) ואפנון מופע. נניח כי הגל הנושא הוא סינוסי. גל זה נוח לצורכי העברת מידע: רוחב הפס של גל זה הוא הקטן ביותר. נוח לייצר את הגל (בעזרת מתנד) וקל לאפנן את הגל. כאשר מבצעים אפנון תנופה התנופה של הגל הנושא, בהתאם לעוצמה הרגעית של אות המידע.,(AMPLITUDE MODULATION) AM משתנה כאשר מבצעים אפנון תדר של הגל הנושא, בהתאם לעוצמה הרגעית של אות המידע.,(FREQUENCY MODULATION) FM משתנה התדר כאשר מבצעים אפנון מופע הגל הנושא בהתאם לעוצמה הרגעית של אות המידע.,(PHASE MODULATION) PM משתנה המופע של בכל אחת מצורות האפנון, הגל הנושא הוא בעל תדר גבוה בהרבה מזה של אות המידע, ובמהלך האפנון מתבצעת העתקה של תדרי אות המידע לתדרים יותר גבוהים. מתוך הדיון הקצר בתהליך האפנון, ברור שהוא מסבך במידה ניכרת את מערכת התקשורת. משום כך, חייבים לתת תשובה ברורה ומשכנעת לשאלה: מדוע קיים הצורך באפנון?

9 9 למעשה קיימים מספר טעמים שכל אחד מהם מספיק כשלעצמו. א. ב. ג. קרינה יעילה של גלים אלקטרומגנטים, מחייבת שימוש באנטנות שממדיהן הפיסיים הם לפחות עשירית מאורך הגל המוקרן. אותות מידע בתחום השמע, למשל, מכילים תדרים נמוכים עד 100Hz או פחות, ועשירית אורך הגל תהייה אז 300 ק"מ (אורך הגל מחושב על פי הקשר, λ = C f שבו C היא מהירות האור). הצורך בריבוי תחנות השידור - אלמלא האפנון, לא ניתן היה להפעיל באותו אזור יותר מתחנת רדיו אחת. הפעלת שני משדרים או יותר, תגרום לערב דיבור ולא תהייה כל אפשרות להפריד בין אותות המידע של התחנות השונות. לעומת זאת, בחירת תדרי גל נושא שונים לתחנות שידור שונות, מאפשרת לברור בין התחנות הנקלטות באמצעות מעגלי תהודה, המוכוונים לתדרים אלה. צמצום הרעשים המתווספים לאות המשודר בתוך ערוץ התקשורת - לא בכל שיטה ניתן לדכא את הרעשים, אך הדבר אפשרי בחלק מאופני האפנון. בכל מקרה, מדובר ברווח במאפיין מסוים הגורר הפסד במאפיין אחר. מגבלות במערכות תקשורת ניתן לחלק את המגבלות במערכות תקשורת לשני סוגים: לסוג הראשון שייכות המגבלות הטכנולוגיות: מאחר שבמערכות מורכבות אות המידע חייב לעבור סידרה ארוכה של שינויים (כגון: הגברה, אפנון, סינון כו'), קיימת הבעיה של מימוש המעגלים המתאימים. בשנים האחרונות אנו עדים להתפתחויות טכנולוגיות מרשימות, המגבירות את הסיכויים לכך, בעיות מימוש לא יגבילו את שכלול מערכות התקשורת בעתיד. אולם קיימות מגבלות יסודיות נוספות שמקורן בטבע עצמו. החשובות ביותר: שתיים הן מגבלה יסודית ראשונה קשורה לקצב העברת המידע במערכת התקשורת. ככל שנרצה להגביר את קצב מסירת המידע, כך נצטרך להקציב למערכת רוחב פס (BANDWIDTH) יותר גדול. מבחינה טכנולוגית, הגורם המכריע לגבי אפשרות המימוש איננו רוחב הפס עצמו, אלא היחס בין רוחב הפס לבין תדר הגל הנושא. ככל שיחס זה קטן יותר, כך נוח יותר לממש את מערכת התקשורת. דוגמא בולטת לכך היא שידורי הטלוויזיה, שבהם אות המידע מתפרס על רוחב פס של 7MHz. משום כך, תדר הגל הנושא של אות הטלוויזיה חייב להיות גבוה בהרבה מזה של גל המאופנן על ידי אות שמע. מכאן אפשר להבין, לשם מה שואפים אנשי המדע להגיע למערכות תקשורת, שבהן תדר הגל הנושא יהיה גבוה ככל האפשר. כיום מקדישים מאמצים רבים לפיתוח מערכות קשר שתפעלנה בתחום תדרי האור, וכאשר אלה יוכתרו בהצלחה, נחזה במהפכה של ממש בכל הקשור למערכות תקשורת.

10 10 מגבלה יסודית שניה נובעת מכך שאי אפשר לסלק לגמרי את הרעשים ממערכות תקשורת. מידת הדיוק בהעברת המידע תלויה ביכולתנו לזהות את המידע האמיתי מתוך האות הנקלט, הכולל גם רעשים. אם במערכת תקשורת מסוימת האות הנקלט חזק בהרבה מהרעש, ניתן לשחזר את המידע בדיוק רב, אך כאשר עוצמת הרעש היא בסדר גודל של האות הנקלט ותחום התדרים דומה בשניהם, לא תועיל כל הגברה, כי באותה מידע שנגביר את האות הרצוי, נגביר גם את הרעש. הנימוקים לצורך באפנון הוא האפשרות להקטין את הרעשים. אולם דבר זה אפשרי רק על חשבון הגדלת רוחב הפס של האות המשודר. מכך אנו רואים ששתי המגבלות - רוחב הפס והרעשים - קשורות זו בזו, ושיפור באחת מהן גורר הרעה בשניה. במחקרים האחרונים הוכח, שבהינתן מערכת תקשורת בעלת רוחב פס מסוים, הפועלת בסביבה בעלת מידת רעש נתונה - קיים גבול עליון לקצב העברת המידע דרך המערכת. גבול זה מכונה קיבול ערוץ התקשורת.

11 11 יצירת גלים אלקטרומגנטיים איור 2 מתאר מערכת הכוללת מקור מתח סינוסי (משדר) ושני תיילים מוליכים מקבילים וקרובים. הקצה האחד של כל תייל מחובר למשדר והקצה השני מקופל. איור - 2 משדר ואנטנת דיפול לזוג הקטעים L1-L2 קוראים בשם אנטנת דיפול (דו-קוטב). המשדר מפעיל כוחות על האלקטרונים שבתיילים, הוא מושך אלקטרונים מתייל אחד ודוחף אלקטרונים לתייל השני. מאחר שהמתח שמספק המשדר היינו מתח מתחלף, הרי בחלק אחד של המחזור קיימת תנועת אלקטרונים מאחד הקטעים אל המשדר ומהמשדר אל הקטע השני, ואילו בחלק השני של המחזור מתהפך כיוון תנועת האלקטרונים. איור - 3 מציג את כיווני הזרמים במערכת ברגע מסוים. איור - 3 כיוון הזרמים ברגע נתון

12 12 הזרם החשמלי הזורם במוליכים L1 - L2 מייצר סביבם שדה מגנטי בהתאם לחוק יד ימין. איור - 4 השדה המגנטי Ф סביב למוליכים המתח החשמלי השורר על שני המוליכים יהיה תמיד בקוטביות הפוכה זה מזה, וזאת מהסיבה שאחד המוליכים מחובר לקוטב החיובי של המקור והשני לקוטב השלילי. בכל מחצית מחזור, מחליף המקור את קוטביות המוליכים. בין שני מוליכים ששורר ביניהם מתח, נוצר שדה חשמלי כפי שקורה הדבר בין לוחות קבל. איור 5 מראה את השדה החשמלי שנוצר בין המוליכים.L1-L2 איור - 5 השדה החשמלי E שנוצר בין המוליכים כיוון קווי הכוח של השדה החשמלי הם מכיוון הפוטנציאל החיובי לעבר הפוטנציאל השלילי. למעשה, משולבים שני השדות של איור 4 ואיור 5 זה בזה, נוצר שדה חדש והוא השדה האלקטרומגנטי המכיל שני רכיבי שדה - שדה חשמלי ושדה מגנטי. שני השדות מאונכים זה לזה, השדה החשמלי E נמצא במישור הדף והשדה המגנטי Ф במישור הניצב לדף. בנוסף לתכונה זו יש לזכור שמקור המתח משנה את מתחו(וזרמו), בהתאם לפונקצית הסינוס. לכן גם השדות יהיו סינוסים. איור 6 מציג את השדה האלקטרומגנטי כפי שהוא מתפשט מהמקור היוצר אותו (אנטנת הדיפול), עם הדגש שהשדות ניצבים זה לזה.

13 13 איור - 6 שדה אלקטרומגנטי שנוצר על ידי אנטנת דיפול אחת התכונות המעניינות והחשובות של השדה האלקטרומגנטי, היא יכולתו להתפשט למרחקים אינסופיים. התפשטות זו נעשית באטמוספירה כמו גם בריקנות. דוגמא טובה לכך הם קרני האור. האור הוא גל אלקטרומגנטי הדומה בצורתו ובתכונותיו לגל האלקטרומגנטי שנוצר בעזרת הדיפול. האור מגיע אלינו גם מכוכבים רחוקים מאד ממרחק של מאות ואלפי שנות אור, כך גם גלי הרדיו, גם הם גלים אלקטרומגנטיים שמתפשטים למרחקים כה גדולים, כמובן בתנאי שלא נגרום לחסימתם בדומה לקרני האור. העמדה הפיזית של אנטנת הדיפול משנה את כיווני וקטורי השדה של הגל האלקטרומגנטי. באיורים הקודמים מוליכי האנטנה שורטטו כאשר הם ניצבים לקרקע. אילו היינו מסרטטים אותם אופקיים היה הדבר משפיע על כיוון השדות. במקרה זה השדה המגנטי היה אנכי והשדה החשמלי אופקי. מידע על כיוון השדות הוא חיוני, כיוון שיש להקפיד שאנטנת המקלט תהייה בכיוון דומה לזה של המשדר, רק במקרה כזה תהייה עוצמת הקליטה מרבית. כדי להגדיר את כיווני השדות, משתמשים במושג הנקרא בשם קיטוב הגל. קיטוב הגל - כיוון וקטור השדה החשמלי של הגל האלקטרומגנטי. לפי הגדרה זו, תהייה האנטנה שבאיורים מקוטבת בקיטוב אנכי. סיבוב האנטנה ב 90- מעלות יגרום ליצירת גל אלקטרומגנטי בעל קיטוב אופקי. גלי אור הבאים מהשמש, הם בעלי קיטוב מעגלי, ז"א - כיוון וקטור השדה החשמלי שלהם משתנה במשך הזמן ואינו קבוע במרחב.

14 14 ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים גל אלקטרומגנטי מאופיין על ידי תדר מקור המתח (המשדר) או אורך הגל. אורך הגל - זהו המרחק אלקטרומגנטי. (נמדד במטרים) בין שני שיאים קרובים של גל הקשר בין אורך הגל לתדר, ניתן על ידי הנוסחה: λ = C f כאשר: f - תדר הגל ב- Hz. - אורך הגל ב- m. - מהירות התפשטות הגל ב-.m/sec λ C דוגמא: חשב אורך גל של תחנת שידור המשדרת בתדר C = m sec פתרון: מהירות ההתפשטות בריק תדר השידור f = 100MHz לכן: 8 C 3 10 λ = = 6 = 3m f MHz מהירות ההתפשטות של גל אלקטרומגנטי בחלל היא המהירות הגבוהה ביותר הידועה, אין מהירות גבוהה ממנה. בכל תווך אחר, מהירות הגלים האלקטרומגנטיים תהייה נמוכה ממהירות זו. ניתן לייצר או לפגוש בטבע גלים אלקטרומגנטיים שתדירויותיהם משתרעות על תחום רחב למדי, תחום זה מתחיל בערך ב הרץ ומסתיים בערך ב הרץ. לתחום זה קוראים בשם "הספקטרום האלקטרומגנטי". את הספקטרום האלקטרומגנטי נוהגים לחלק לתחומי תדירות מסוימים, בהתאם לטכניקות בהן משתמשים לצורך ייצור או מדידת התדירויות שבכל תחום (לכל תחום טכניקות משלו). לתחומים אלה שחלקם חופפים חלקית זה את זה, נתנו שמות כמו: תדר רדיו, גלי מיקרו, קרינה תת-אדומה, קרינה נראית וכו'.

15 15 איור 7 מתאר את ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים. איור - 7 הספקטרום האלקטרומגנטי הקו העליון באיור משמש כציר התדירות והקו התחתון כציר אורך הגל בריק. החלוקה על הצירים הנה לוגריתמית ולכן קטעים בעלי אורך שווה על הצירים, אינם מייצגים תחומים שווים של תדירויות או אורכי גל. התחומים השונים מיוצגים על ידי פסים שחורים, כדי להדגיש את העובדה שקצוות התחומים הללו אינם מוגדרים, הושארו גם קצות הפסים לא מוגדרים. תחום תדרי הרדיו מחולק חלוקה נוספת, בתחומים השונים: וזאת בהתאם לתכונות הגלים שם התחום ת"נ (תדר נמוך) תחום אורכי הגל תחום תדרים KHz 300KHz-3MHz 3-30MHz MHz 300MHz-3GHz 3GHz-30GHz 30GHz-300GHz m m m 1 10m 10cm 1m 1cm 10cm 1mm 1cm LF (LOW FREQUENCY) ת"ב (תדר בינוני) MF (MEDIUM FREQUENCY) ת"ג (תדר גבוה) HF (HIGH FREQUENCY) תג"מ (תדר גבוה מאוד) VHF (VERY HIGH FREQUENCY) תא"ג (תדר אולטרה גבוהUHF (ULTRA HIGH FREQUENCY) גלים סנטימטרים SHF (SUPER HIGH FREQUENCY) גלים מילימטרים EHF (EXTREMELY HIGH FREQUENCY)

16 16 מיון זה הוא עקרוני. החלוקה השימושית היא: 20KHz - 550KHz גלים ארוכים LW גלים בינוניים 550KHz KHz MW 1.5MHz - 30MHz גלים קצרים SW גלים קצרים מאוד 30MHz - 300MHz VHF 300MHz - 3GHz גלים אולטרה קצרים UHF 3GHz גלים סופר קצרים SHF מעל השימוש שנעשה בתדרי הרדיו השונים בא לביטוי בטבלה הבאה: תחום גלים גלים ארוכים גלים בינוניים גלים קצרים גלים קצרים מאוד גלים אולטרה קצרים גלים סופר קצרים שימוש תחנות משואה תקשורת אזרחית באפנון AM לטווחים קצרים תקשורת אזרחית למרחקים ארוכים, קשר מסחרי, קשר בין מטוסים וספינות, סוכנויות ידיעות וקשר צבאי. תקשורת אזרחית בתוך המדינה באפנון, FM טלוויזיה, תקשורת מסחרית, תקשורת חירום (משטרה, כיבוי אש ומד"א) תקשורת מסחרית, טלוויזיה, טלפונים סלולריים ומכ"מ מכ"מ, תקשורת לווינית

17 17 הטבלה הבאה מדגימה ומסכמת גרפית את הנאמר לעיל

18 18 התפשטות גלי רדיו תחום גלי הרדיו משתרע בערך בין 10 4 הרץ לבין הרץ, בתוכו כלולים שידורי רדיו לאזרחים, שידורי טלוויזיה, מכ"מ, קשר לוויינים ועוד. גלי הרדיו המשודרים יכולים להתפשט במספר אופנים, החשובים שבהם הם: א. ב. ג. גל משטחי (גל קרקע). גל מרחבי. גל רקיע. גל משטחי (30KHz-7MHz) גל משטחי הוא גל הצמוד לפני הקרקע (או פני הים) ועוקב אחר צורת הקרקע. גל משטחי יכול לעקוף מכשולים שונים - הרים, מבנים וכו'. גל משטחי דועך מהר מאד עקב השראת זרמים חשמליים ממנו לקרקע, מן ההשראה נובעים הפסדי אנרגיה המחלישים את עוצמת הגל במהירות, תופעה הנקראת בשם ריסון. הריסון גדל ככל שהקרקע בעלת מוליכות גרועה וככל שתדר השידור עולה. טווח השידור של גלי משטח הוא בתוך המדינה או בתחום היבשת בלבד, וגם זאת, בהספקי שידור ניכרים ביותר. עקב הריסון הגבוה בתחום התדרים הגבוהים, אין טעם לשדר באופן זה מעל לתדר של 7 מה"צ. גל מרחב (מעל (30MHz גל זה מתפשט ישירות בין אנטנת המשדר לאנטנת המקלט. הקליטה באמצעות גל זה טובה, כאשר אין בדרך מכשולים כגון: הרים ומבנים גבוהים. עקב תכונת ההתפשטות בקווים ישרים, תחום כיסוי שידור גלי רדיו באופן זה הוא עד האופק בלבד (כ- 100 ק"מ). לכן קיים צורך בתחנות ממסר לכיסוי המדינה כולה. גל המרחב מסוגל להתפשט בקווים ישרים ואף לחדור את היונוספירה, הוא שימושי לתקשורת בין כדור הארץ ללוויינים בחלל החיצוני. לכן

19 19 גל רקיע (7MHz-30MHz) גל זה מוקרן מאנטנת השידור לעבר הרקיע, ובתנאים מסוימים הוא מוחזר מהרקיע חזרה לעבר כדור הארץ. סיבת ההחזרה של הגל מהרקיע היא היינון הקיים בשכבות האטמוספירה העליונות (היונוספירה). יינון זה נובע מהקרינה האלקטרומגנטית המגיעה מהשמש והכוכבים. בניסויים ותצפיות מצאו כי החזרתו או אי החזרתו של גל אלקטרומגנטי המשודר לעבר היונוספירה תלוי ב- 3 גורמים: f א. תדירות הגל ב. ג. זווית השידור שלו Ф. צפיפות היינון ביונוספירה. צפיפות היינון של היונוספירה תלויה בכמות כתמי השמש, אשר מבטאת את עוצמת התהליכים הגרעיניים על פי השמש ואת עוצמת הקרינה ממנה. כמו כן, היא תלויה בשעות היום והלילה. היינון גדל ביום וקטן בלילה, הוא גדל כאשר האטמוספירה חשופה יותר לקרינת השמש. לכן קשר הרדיו באופן זה יהיה טוב יותר ביום מאשר בלילה. עבור צפיפות יינון נתונה, קיימת תדירות קריטית Fc כך ש: א. אם F<Fc הגל מוחזר בכל זווית שידור. ב. אם F>Fc ההחזרה של הגל מתקיימת רק עבור זוויות שידור שהן קטנות מזווית שידור מסוימת. Ф לתדירות Fc קוראים בשם "התדירות הקריטית של היונוספירה" Ф קוראים בשם "הזווית הקריטית של הגל". ולזווית איור 8 מראה שני תרשימים. בתרשים השמאלי תדר השידור נמוך מהתדר הקריטי לכן הגלים המשודרים מוחזרים על ידי היונוספירה. באיור הימני מתקיימת החזרה רק החל מזווית שידור. Ф מעבר לזווית זו הגל אינו מוחזר לקרקע, אלא חולף דרך היונוספירה לחלל. איור - 8 תדר קריטי והחזרות

20 20 הגל המוחזר מהיונוספרה מגיע למקלט הנמצא רחוק מתחנת השידור. המרחק בין המשדר לחזרת הגל לקרקע נקרא בשם מרחק דילוג. בתחום הדילוג לא תיתכן קליטת גלי רדיו, אלא רק קרוב לתחנת השידור, שם קיימים גלי קרקע. האזור בו אין קליטה, של גלי קרקע ולא של גלי רקיע נקרא בשם אזור מת (איור 9). איור - 9 מרחק דילוג ואזור מת דעיכה כתוצאה משינויים רגעיים ביונוספירה, יתכן כי הגלים המוחזרים לאנטנת המקלט אינם קבועים בעצמתם. התוצאה במקלט תהייה שינויים בעוצמת הקליטה, שינויים החוזרים ומשתנים כל מספר שניות או דקות. לתופעה זו של השתנות עוצמת הקליטה קוראים בשם "דעיכה". מקרה אחר בו מתקבלת דעיכה, היינו המקרה שבו מתקיימת באנטנת הקליטה סיכום אותות של גל קרקע (או גל המוחזר מגוף כלשהו) וגל רקיע, גם כאן יכולים להתקבל שינויים בעוצמת הקליטה, כתוצאה מהשינויים באורכי המסלולים של שני הגלים.

21 21 אנטנות אנטנה היא התקן שבאמצעותו משודרים ונקלטים גלים אלקטרומגנטיים. אנטנת שידור מיועדת להקרין למרחב את האנרגיה שהמשדר מספק לה, ואנטנת הקליטה צריכה לקלוט את האנרגיה האלקטרומגנטית ולהפכה לאות, שיוגבר ויעובד במקלט. לאותה אנטנה תהיינה אותן תכונות, כשתפעל הן כאנטנת שידור והן כאנטנת קליטה, אלא שדרך אנטנת שידור מעבירים לעתים הספק גבוה ואילו דרך אנטנת הקליטה עובר בדרך כלל הספק נמוך. בחירת סוג האנטנה תיקבע בהתאם לתכונות הנדרשות בצד המשדר או המקלט. במשך השנים תוכננו אנטנות שונות בעלות תכונות מיוחדות. נסקור בהמשך את האנטנות היסודיות ונכיר את תכונותיהן. אנטנות הדו-קוטב (הדיפול) איור - 10 מציג את המבנה של אנטנת הדיפול איור - 10 אנטנת הדיפול האנטנה מורכבת מזוג מוליכים באורך מחצית אורך הגל, ממרכז המוליכים יורד קו הזינה (הנקרא גם בשם קו העברת הספק) למשדר או למקלט. מהאיור ברור שיש להתאים את אורך האנטנה לתדר השידור, לכן לכל תדר יש צורך באנטנה בעלת אורך שונה. עקום הקרינה עקום הקרינה מתאר את עוצמת הקליטה/שידור של האנטנה לכיוונים השונים. איור 11 מתאר את עקום הקרינה של אנטנת הדיפול.

22 22 - עקומי קרינה של הדיפול: א. בציר האופקי. ב. בציר האנכי. איור 11 איור א' מראה כי האנטנה משדרת/קולטת באופן סימטרי ואין לה עדיפות על קליטה מלפנים או מאחור. לעומת זאת, עוצמת הקליטה בניצב למוליכי האנטנה היא מרבית (ווקטור A). עוצמה זו יורדת ככל שנעים לעבר ווקטור B או C. עוצמת הקליטה בכיוון מוליכי האנטנה יורדת לאפס. ניתן לבטא את עוצמת הקליטה בוולטים או מיקרוולטים, אך הדבר לא יהיה מעשי כי נצטרך לכייל את העקומה בכל פעם שעוצמת תחנת השידור תשתנה או תנאי התפשטות הגלים תשתנה, לכן מעדיפים בכל המקרים לציין על העקומה את עוצמת הקליטה ביחידותdB 0dB. מציין קליטה בעוצמה מרבית, - 3dB ירידה של 50 % בהספק הקליטה וכך הלאה (ראה נספח א'). איור ב' מראה כי לאורך ציר האנטנה היא מקרינה במידה שווה לכל הכיוונים. האיור מראה במישור דו ממדי את כיווני הקרינה, מעשית עקומי הקרינה נגזרים מעקום תלת-ממדי המתאר את התפשטות הקרינה מהאנטנה. איור 12 מראה דוגמה לעקום מרחבי של אנטנת הדיפול: איור - 12 דיאגרמת קרינה מרחבית של הדיפול

23 23 זווית קרינה זווית הקרינה היא הזווית הכלואה בין 2 ווקטורים בהם עוצמת קליטה/שידור לא תרד מתחת ל- 3dB (נקודות מחצית ההספק). קליטה של תחנות הנמצאות בתחום זווית הקרינה היא סבירה בהחלט. אם התחנה נמצאת מחוץ לזווית זו, יתכן ועוצמת הקליטה תקטן עד למצב של אי קליטת התחנה. רצוי לכן שהתחנה תימצא בניצב לציר האנטנה. איור - 13 זווית קרינה של הדיפול רוחב פס אנטנת הדיפול תוכננה לפעול בתדר מסוים, לכן נקבע אורכה לחצי אורך הגל המתאים. למעשה, היא קולטת גם מעל ומתחת לתדר זה (ראה איור 14). איור - 14 רוחב פס של אנטנה תחום התדרים בו עוצמת הקליטה נופלת לכל היותר בdB בשם רוחב הפס של האנטנה f או WIDTH). BW (BAND 3 (חצי הספק) נקרא f = f 2 f1

24 24 התנגדות אופיינית ההתנגדות האופיינית של האנטנה מוגדרת כיחס בין המתח לזרם, ההזנה של האנטנה, בתדר לה היא מיועדת. בנקודות ההתנגדות האופיינית חשובה לצורך תיאום עכבות. יש לדאוג שההתנגדות האופיינית של האנטנה תשווה להתנגדות האופיינית של קו העברת ההספק ולהתנגדות הכניסה/יציאה של המקלט/משדר, רק אז יתקיים התנאי להעברת הספק מרבי בין היחידות השונות. התנגדות אופיינית של אנטנת הדיפול היא 73 אום. אנטנת היאגי איור 15 מתאר את מבנה אנטנת היאגי. איור - 15 מבנה אנטנת היאגי האנטנה מורכבת מהרכיבים הבאים: דיפול - חלק זה זהה לדיפול של אנטנת הדיפול. אורכו חצי אורך גל, ממנו יוצא קו העברת הספק למקלט/משדר. מחזיר - מוליך טפילי (אינו מחובר חשמלית לחלקים האחרים) הארוך בכ - 5% מהדיפול ונמצא מאחוריו במרחק של כ-ג 0.2. תפקידו למנוע קליטת תחנות מהכיוון בו הוא נמצא. מכוונים - מוליכים טפיליים, הקצרים מהדיפול בכ- 5%, משמשים להקטנת זווית הקרינה ולתוספת הגבר. (1 (2 (3 איור 16 מתאר את עקום הקרינה של אנטנת היאגי איור - 16 עקום הקרינה של אנטנת היאגי

25 25 עקום הקרינה של אנטנת היאגי שונה מעקום הקרינה של הדיפול בתכונות הבאות: זווית הקרינה צרה יותר - נובע מהימצאות המכוונים. נוצרו שתי אונות שאינן סימטריות, דבר שיוצר עקומה קדמית ממנה הקליטה טובה, ואונה אחורית ממנה הקליטה גרועה. (1 (2 התכונות הנ"ל מגדירות שני מושגים חדשים והם הגבר אנטנה ויחס הגבר פנים לאחור. הגבר אנטנה מושג המראה פי כמה מגבירה האנטנה הנוכחית טוב יותר לעומת אנטנת הדיפול (נקרא גם בשם: הגבר האנטנה מעל הדיפול). Ad עוצמת הקליטה של האנטנה = עוצמת הקליטה של הדיפול (ברוב המקרים מעדיפים להמיר תוצאה זו ל - db ( * לעתים מגדירים את הגבר האנטנה יחסית לאנטנה איזוטרופית (אנטנה איזוטרופית היא אנטנה תיאורטית המקרינה לכל הכיוונים באותה עוצמה). Ai = עוצמת הקליטה של האנטנה עוצמת הקליטה של אנטנה איזוטרופית יחסי הגבר פנים לאחור מושג המראה פי כמה מגבירה האנטנה טוב יותר מלפנים מאשר מאחור (FRONT TO BACK RATIO) F/B = עוצמת הקליטה מלפנים עוצמת הקליטה מאחור (גם כאן מעדיפים להמיר את היחס המספרי הטהור ל- ( db

26 26 אנטנת משטח הארקה אנטנות הדיפול והיאגי מקרינות לכיוונים מסוימים. אם נדרשת אנטנה המסוגלת לשדר במידה שווה לכל הכיוונים נבחר באנטנת משטח הארקה. - מבנה אנטנת משטח הארקה איור 17 אנטנה זו מורכבת ממוליך באורך. λ 4 היא מורכבת בניצב לקרקע (או משטח מוליך). מבחינת השדה האלקטרומגנטי פועלת הקרקע כמראה אשר יוצרת שיקוף של המוליך. הדבר דומה לקבלת אנטנת דיפול באורך λ. 2 מוליכי העברת ההספק מחוברים האחד למוליך האנטנה והשני להארקה (למוליך המשוקף). אנטנה זו מקרינה אמנם לכל הכיוונים (360 מעלות) במישור הקרקע, אך אינה טובה לתקשורת עם מטוסים כי אינה מקרינה לאורך כיוון המוליך. כמו כן, הגברה נמוך מהגבר אנטנת הדיפול. אנטנה זו נוחה להרכבה על כלי רכב, הארקה. כאשר משטח גג הרכב פועל כמשטח אנטנת ג 5/8 אנטנה זו היא שיפור של אנטנת משטח הארקה. היא מורכבת ממוליך שאורכו 5 וסליל בקצהו. 8 λ המבנה המיוחד של אנטנה זו גורם להטיית עקום הקרינה לעבר הקרקע, דבר שמרכז את הספק השידור במישור הקרקעי ולא לעבר השמים, לכן ניתן להגיע למרחקי שידור גדולים יותר. לאנטנה זו הגבר של 6dB לעומת אנטנת משטח הארקה.

27 27 אנטנת חלון אנטנה זו היא למעשה אנטנת משטח הארקה, המותקנת על חלון הרכב, שימשתו הקדמית או האחורית. באופן הרכבה זה חוסכים קידוח בגג הרכב. האיור מציג שרטוט סכמתי של אנטנה המורכבת על זגוגית הרכב. - עקרון אנטנת החלון איור 18 מוליך הקואקס אינו מחובר ישירות לאנטנה, אלא דרך קבל C. קבל זה מתקבל על ידי הדבקת שני לוחות מתכת משני צידי השמשה, כאשר זכוכית משמשת כחומר דיאלקטרי. הקיבול הטפילי שנוצר מבוטל על ידי הסליל הנמצא על גוף האנטנה, לכן קו ההזנה, רואה לפניו רק אנטנת רבע אורך גל. למעשה, ניתן לקצר את האנטנה מעבר לרבע אורך גל. אנטנה שכזו היא בעלת היגב קיבולי. כדי לפצות היגב זה יהיה צורך להגדיל את מספר ליפופי הסליל. איור 19 מראה את הקשר בין אורך האנטנה להגבה. איור - 19 היגב האנטנה בתלות אורכה

28 28 אנטנה באורך מתאים של (90 λ 4 מעלות), היא בעלת היגב של 0 אום, האנטנה מתנהגת במצב זה כאנטנה תהודתית בעלת התנגדות השווה לעכבת האופיינית. כאשר מקצרים את מוליך האנטנה, מופיע היגב קיבולי וכאשר מאריכים אותה הופך ההיגב להיות השראי. כדי להקטין את התנגדות האנטנה לרוח, מעדיפים לקצרה. הקיבול שמופיע במבוא האנטנה דורש כמובן פיצוי על ידי השראות וזאת כדי להכניס את האנטנה לתהודה. דבר זה נעשה על ידי הגדלת מספר ליפופי הסליל. ליפופים אלה צריכים לפצות גם את קיבול החיבור שבשמשת הרכב. איור 20 מראה כיצד מותקנת האנטנה. סיכוך הקואקס מתחבר לגוף הרכב כדי ליצור את משטח הארקה. המוליך המרכזי של הקואקס מתחבר לאחד מלוחות ה"קבל". הלוח השני מחובר למוליך האנטנה. איור - 20 התקנת האנטנה ברכב

29 29 קווי תמסורת קו תמסורת הוא כבל, המעביר אות חשמלי (חילופין) בתדירות גבוהה. תפקידו להעביר את האנרגיה מהמשדר אל האנטנה, או מהאנטנה אל המקלט בצורה היעילה ביותר. כל קו תמסורת מכיל 2 מוליכים, אשר יכולים להופיע בשתי צורות: א. ב. קו תמסורת פתוח (שני המוליכים נמצאים במקביל זה לזה). קווים משותפי ציר (קואקסיאליים). איור 21 מציג את שני סוגי הקווים איור - 21 קווי תמסורת בכבל משותף ציר, המוליך החיצוני בנוי בצורת רשת עדינה של מוליכי נחושת. רשת זו עוטפת את המוליך הפנימי, בין המוליך החיצוני למוליך הפנימי נמצא חומר בידוד - לרוב חומר פלסטי. בידוד זה קיים גם בכבל מסוג מוליכים מקביליים. החומר המבדד - הדיאלקטרי - הוא בעל חשיבות רבה במבנה הכבל. הזרם והמתח החשמליים זורמים בחוטי הנחושת של הכבל, אך השדה אלקטרומגנטי נוצר ומתקדם בחומר המבדד בלבד (שדה אלקטרומגנטי אינו מתקיים בחומר מוליך). לכן, טיבו של המבדד ייקבע את ההנחתה של הכבל. כבל בו ניזוק המבדד, עקב לחות, כניסת מים לתוכו או פגיעה מקרינה אולטרה סגולית, אינו טוב יותר לשימוש, גם אם חוטי הנחושת עדיין במצב טוב. חל איסור מוחלט לחבר שני כבלי תמסורת זה לזה בהלחמה. ההלחמה אמנם יוצרת רצף חשמלי בין חוטי הנחושת, אך אין רצף במבדד, דבר שמגדיל משמעותית את ההנחתה של הגלים האלקטרומגנטים באזור החיבור.

30 30 לכבל מקבילי הפסדי אנרגיה נמוכים יותר מאשר לקו הקואקס, אך לעומת זאת, לקואקס שתי תכונות חשובות: הוא אינו מקרין אנרגיה לסביבה עקב הסיכוך העוטף אותו ואינו קולט רעשים סביבתיים. לקו תמסורת יש עכבה אופיינית, כלומר, קיים יחס מסוים וקבוע בין עוצמת גל המתח לעוצמת הזרם, עכבה אופיינית זו אינה תלויה באורך הקו. בקו הקואקס היא בדרך כלל בין 50 ל- 100 אום. הערך הנפוץ ביותר עבור מערכות קליטה ושידור הוא 50 אום, עבור מערכות טלוויזיה וטלוויזיה בכבלים 75 אום. תיאום העומס לקו כל קו תמסורת גורם הפסדי הספק. אנו שואפים שהפסדים אלה יהיו מזעריים. ההספק הנמסר מהמשדר לאנטנת השידור מתבטא בגל מתקדם, המגיע דרך קו התמסורת אל האנטנה. חלק מההספק עשוי לחזור מהאנטנה, דרך הקו, אל המשדר. דבר זה מתבטא ב"גל חוזר". ככל שהגל החוזר חזק יותר, העברת ההספק יעילה פחות. הדבר עלול אף להזיק לדרגת ההספק של המשדר, מצב זה נקרא חוסר תיאום. כדי להשיג העברת הספק יעילה, צריך להתקיים תיאום עכבות, כלומר, קו התמסורת צריך "לראות" בסופו עכבה השווה לעכבה האופיינית שלו, ועכבה זו צריכה להיות שווה גם לעכבת המוצא של המשדר. אם קיים תיאום, הגל המתקדם נבלע כולו בעומס, והספק הגל החוזר אפס.

31 31 אפנון מידע השמע משתרע בתחום התדרים הנמוכים מאד - מ- 20 הרץ עד 20 קילוהרץ. תדרים כה נמוכים אינם ניתנים לשידור ואין אפשרות לבנות עבורם אנטנות שידור. גם אם הדבר היה אפשרי, הרי שניתן היה לשדר תחנה אחת בלבד על פני כדור הארץ, מפני שתחנה זו תופסת את כל הספקטרום. כדי להתגבר על הבעיות הנ"ל, מרכיבים את מידע השמע על תדר גבוה יותר - תדר רדיו. פעולת ההרכבה נקראת אפנון והמעגל העושה פעולה זו נקרא בשם אפנן. קיימות מספר אפשרויות של אפנון המידע על תדר הרדיו. נתאר את השכיחים ביותר. אפנון תנופה (Amplitude Modulation) AM באפנון תנופה מרכיבים את מידע השמע (או כל מידע אחר כגון: מידע ספרתי, טלוויזיה וכו') על תדר גבוה - תדר רדיו. אופן הרכבת המידע הוא כזה, שתנופת מתח תדר הרדיו משתנית בהתאם למידע. איור 19 מתאר את אפנון התנופה. מידע השמע שבאיור א' הוא בעל תדר נמוך. Fm לעומתו, תדר הרדיו שבאיור ב' הוא בעל תדר גבוה. גל זה יקרא בשם גל נושא.Fc תפקידו יהיה לשאת את המידע מהמשדר למקלט. לאחר האפנון מתקבל איור ג' של הגל המאופנן, בו משרעת הגל הנושא משתנית לפי המידע. - איור 22 צורת הגל באפנון תנופה עם אות מידע סינוסי

32 32 הקו הדמיוני המחבר את השיאים של הגל המאופנן, המידע. קו דמיוני זה נקרא בשם מעטפת. צורתו כצורת מתח איור 23 מציג תרשים מלבנים עקרוני של משדר באפנון תנופה. - תרשים מלבנים של משדר AM איור 23 המיקרופון במשדר ממיר את גלי הקול (אנרגיה אקוסטית) למתח חשמלי. מתח זה, בתדר שמע, מוגבר על ידי מגברי שמע ומוזן ליחידת האפנן. האפנן מקבל בכניסתו האחרת מתח חילופין סינוסי בתדר גבוה, שנוצר ביחידת המתנד. במוצא האפנן מתקבל המתח המאופנן, אותו יש להגביר ולהמיר להספק, כדי שניתן יהיה להזרים זרם במוליכי האנטנה וליצור באופן זה גלים אלקטרומגנטיים. גורם האפנון שינוי בעוצמת מידע השמע, למשל על ידי שינוי הגבר מגברי השמע, לשינוי במעטפת הגל המאופנן. (איור 24). גורם איור - 24 גל AM במקדמי אפנון שונים

33 33 מגדירים את גורם האפנון האפנון, כיחס שבין Uc ל-, הנקרא גם בשם עומק, מסמנים יחס זה באות. m (MODULATION FACTOR) Uc m = Uc Uc - פירושו - גורם אפנון נהוג לבטא את גורם האפנון באחוזים, למשל.. 03 = M של 30 אחוז. האיור מראה צורת מעטפת של ארבעה מקרים שונים של מקדם האפנון. מקרה ד' הוא המקרה הבעייתי ביותר. במקרה זה הוגבר אות השמע כך שעומק האפנון עבר את תחום ה-, 100% התוצאה היא קטיעה לפרקי זמן קצרים של הגל הנושא, דבר זה מתבטא בעיוות המידע שיתקבל במקלט הקולט. כדי להימנע מלהגיע לאפנון של 100% עובדות תחנות ה- AM 30% בלבד. באפנון ממוצע של פסי צד באפנון תנופה נניח שנתון גל נושא שהתנופה שלו היא,Uc והתדר שלו -,Fc מאפננים גל זה על ידי אות שמע (סינוס) שהתנופה שלו היא,Um והתדר שלו.Fm אפשר להראות בדרך מתמטית, שהתוצאה היא שלושה אותות סינוס, כמתואר באיור הבא: איור - 25 ספקטרום אות AM תיאור כזה נקרא ספקטרום או תיאור ספקטרלי. הציר האופקי הוא תדר ולא זמן. כל קו נקרא רכיב ספקטרלי או מרכיב ספקטרלי, והוא מסמל אות סינוס בתדר המסומן מתחתיו. האורך הקו מציין את התנופה של הרכיב. במקרה זה ישנם שלושה רכיבים: רכיב אחד הוא הגל הנושא, בתנופה Uc ובתדר.Fc משני צידיו מופיעים שני רכיבים שתנופתם,Um/2 המבטאים את אות השמע. הם מרוחקים מרחק שווה Fm מהרכיב האמצעי. אחד מהם הוא בתדר.Fc+Fm והשני בתדר.Fc-Fm כל אחד משני מרכיבים אלה נקרא פס צד.(sideband)

34 34 תרגיל דוגמא: מאפננים גל נושא בתדר והשני בתדר 5KHz 200KHz על ידי שני אותות שמע - האחד בתדר 500Hz א. ב. חשב את התדרים של פסי הצד. סרטט את הספקטרום של הגל המאופנן. פתרון א. פסי הצד של האות בתדר 500Hz 200,000Hz-500Hz=199,500Hz 200,000Hz+500Hz=200,500Hz פסי הצד של האות בתדר 5 KHz 200,000Hz-5,000Hz=195,000Hz 200,000Hz+5,000Hz=205,000Hz ב. איור 26 ספקטרום הגל המאופנן

35 35 אותות רבים, למשל - אות דיבור, אינם בעלי תדר אחד, וגם אינם בעלי תדרים מסוימים. אותות אלה משתרעים ברציפות על תחום תדרים די רחב. ספקטרום של אות כזה נקרא ספקטרום רציף, והוא מתואר (לאחר האפנון) באיור 23. האות כאילו "מרוח" ברצף תדירויות על כל התחום, ולכן אי אפשר לתארו בעזרת פסי צד בודדים. שים לב, שבכל זאת ישנה סימטרייה משני צידי הגל הנושא, כלומר, לכל רכיב ספקטרלי שמשמאל ל- Fc יש "בן-זוג" במרחק שווה מימין ל- Fc (שני "בני הזוג" הם בעלי עוצמה שווה). איור - 27 ספקטרום אות AM רוחב הפס באפנון תנופה רוחב הפס של האות המשודר, הוא תחום התדרים, שבו משתרעים פסי הצד. מניתוח פסי הצד ברור שרוחב הפס צריך להכיל פעמיים את תחום השמע, פעם כפס צד עליון ופעם כפס צד תחתון. לכן, רוחב הפס הכולל באפנון תנופה שווה לכפלים רוחב הפס של אות השמע. תחום תדרי השמע משתרע עד. 20 KHz לכן רוחב הפס הדרוש לשידור אות זה יהיה.40KHz רוחב פס כה גדול אינו מעשי בגלל הסיבות הבאות: א. ב. ככל שרוחב הפס במקלט גדול יותר, רמת הרעש הנקלט רב יותר. מספר התחנות שניתן יהיה לשדר על הספקטרום יהיה קטן. בשידורים לקהל הרחב בתחום הגלים הבינוניים 1600KHz).(530KHz - נקבע שרוחב הפס של מידע השמע (לפני האפנון) יהיה עד. 4.5KHz לכן רוחב הפס לאחר האפנון יהיה 9KHz בלבד. בתקשורת מסחרית, בה אין צורך להעביר את המידע באיכות גבוהה, רוחב הפס של המידע הוא רק 2.2KHz ולכן רוחב הפס המשודר יהיה 4.4KHz בלבד.

36 36 אפנון תדר באפנון תנופה (AM) משנים את התנופה של הגל הנושא בהתאם לעוצמת השמע. לעומת זאת, באפנון תדר (FM) משנים את התדר של הגל הנושא, בהתאם לעוצמת אות השמע. אפנון תדר מתואר באיור הבא: - אפנון תדר איור 28 באיור רואים שתנופת הגל המאופנן היא קבועה - Uc, רק התדר הרגעי שלו משתנה לפי מתח אות השמע. הגל "מצטופף" ו"מתרחב" לסירוגין. גל "צפוף" - פירושו תדר גבוה, וגל "מרווח" - פירושו תדר נמוך יותר. שים לב להתאמה בין מתח השמע לתדר הגל המאופנן: ברגע t 0 מתח השמע בשיאו, אז גם תדר הגל המאופנן מרבי. ברגע, t ערך מתח השמע הוא הערך הנמוך ביותר, ואז תדר הגל המאופנן מזערי. סטיית התדר המרבית ומנת האפנון באפנון תנופה, התנופה של הגל המאופנן עולה ויורדת. לעומת זאת, באפנון תדר - התדר סוטה כלפי מעלה וכלפי מטה, לפי עוצמת אות השמע. כאשר משודר אות השמע החזק ביותר, סטיית התדר היא מרבית. סטיית התדר המרבית ) f ( היא גודל קבוע, שאין לחרוג ממנו. לדוגמא: סטיית התדר המרבית בשידורי FM של "קול ישראל" היא 75 קילוהרץ. ( m f מנת האפנון - ) המרבית לבין תדר אות השמע MODULATION INDEX היא היחס בין סטיית התדר. f m m f f = f m

37 37 שאלה בשידורי FM לאזרחים, משדרים את מידע השמע בתחום תדרים של 50Hz-. 75KHz חשב את מנת האפנון אם סטיית התדר המרבית היא.15KHz תשובה m f = f f = = 5 m פסי צד ורוחב פס באפנון תדר f m ניתוח מתמטי של גל מאופנן אפנון תדר, מלמד שבניגוד לאפנון תנופה, שם מספר פסי הצד היה שנים, הרי כאן, באפנון תדר נוצרים אינסוף פסי צד, מעל ומתחת לתדר הגל הנושא. המרחק בין כל שני פסי צד סמוכים הוא תדר המידע. לחישוב רוחב הפס הכולל בשידור, מביאים בחשבון רק את פסי הצד הדרושים להעברת 98% מההספק של הגל המאופנן. רוחב הפס המעשי נתון בנוסחה: BW = 2 ( m + 1) f f m כאשר: f m - תדר אות השמע המרבי - מנת האפנון. m f - רוחב הפס. BW שאלה חשב את רוחב הפס המעשי של שידור רדיו אזרחי שבו תדר השמע המרבי הוא.75KHz תשובה m f = f f = = 5 m BW = 2 ( m + 1) f = = 180KHz f m

38 38 יתרונות וחסרונות של שיטת FM בהשוואה לשיטת AM החיסרון הבולט של שיטת FM הוא רוחב הפס הגדול, הדרוש בה. כמו כן, אם האות הנקלט חלש - איכות השמיעה גרועה למדי. היתרונות של שיטת FM הם: א. ב. ג. מעגלי המשדר פשוטים יותר. אפשר להשיג נצילות גבוהה יותר במשדר. יחס האות לרעש גבוה יותר (רק אם האות הנקלט חזק). הסיבה לעדיפות ביחס האות לרעש היא, שמעגלי מקלט FM משפרים את יחס האות לרעש, כלומר - יחס האות לרעש במוצא המקלט (רמקול) גבוה יותר מיחס האות לרעש במבוא של המקלט (מפני שהמקלט אינו רגיש לשינויי תנופה, אלא רק לשינויי תדר, וכך הוא מסלק השפעת רעשים שונים). זה נכון רק אם יחס האות לרעש במבוא המקלט אינו נמוך מידי, אחרת - יחס האות לרעש גרוע אף יותר מאשר בשיטת.AM

39 39 מקלטי רדיו עד עתה דנו בשתי שיטות אפנון נפוצות: אפנון תנופה ואפנון תדר. רוב שידורי הרדיו לקהל הרחב, למגזר המקצועי והמסחרי, פועלים באחת משתי שיטות אלה. אות המידע מורכב על הגל הנושא במשדר, ומשוחזר באמצעות המקלט. מקלט ישיר איור 29 מתאר תרשים מלבנים של מקלט רדיו פשוט ביותר - מקלט ישיר. אף כי המקלט הישיר אינו שימושי, נאריך בדיון עליו כדי להבהיר מושגים בסיסיים במקלטים. איור - 29 תרשים מלבנים עקרוני של מקלט ישיר תהליך שיחזור המידע הוא כדלקמן: לאנטנת המקלט מגיעים גלים אלקטרומגנטיים, המשודרים מתחנות שידור שונות. גלים אלה משרים באנטנה מתחים נמוכים בתדרים גבוהים - תדרי רדיו, ובקיצור ת"ר RF) -.(Radio Frequency תדרים אלה הם תדרי האותות המאופננים של המשדרים השונים. מהאנטנה עוברים אותות הת"ר אל מגבר הת"ר. מגבר זה בורר את התחנה הרצויה לנו מבין כלל התחנות ומגביר את עוצמת אות הת"ר שבמבואו. ההגברה דרושה, כי עוצמת האות במבוא מגבר הת"ר היא בסדר גודל של מילי-וולטים, או פחות מכך, וכדי להפעיל את הדרגה הבאה במקלט הישיר, יש להגביר את האות. ממגבר הת"ר מגיע אות הת"ר אל הגלאי.(DETECTOR) תפקיד הגלאי, לגלות את אות המידע המאופנן. פעולת הגילוי DEMODULATION) (DETECTION, הפוכה מפעולת האפנון. במוצא הגלאי מופיע אות המידע (אות השמע). מאחר שעוצמת אות השמע אינה מספיקה להפעלת הרמקול, מוגבר אות זה במגבר שמע Frequency) (Audio ובקיצור.AF במגברי ת"ר קיימים מעגלי תהודה מכוונים, הן במבוא והן במוצא. מעגלי תהודה אלה ניתנים לכיוון בעזרת סלילים או קבלים משתנים. תפקידם לברור

40 40 את התחנה הרצויה מכלל התחנות שנקלטות על ידי האנטנה. בעת חיפוש תחנה, מסובבים את כפתור בורר התחנות. למעשה, מכוונים את תדר התהודה לתדר הנושא הרצוי לקליטה. מעגלי התהודה מאופיינים על ידי שני גורמים: א. ב. תדר התהודה. רוחב הפס. מעגלי התהודה במקלט הישיר מכוונים לתדר הנושא של התחנה הנקלטת. רוחב הפס שלהם צריך להיות שווה לרוחב הפס של תחנת השידור (ראה את נושא ספקטרום התדרים ופסי הצד בפרק הקודם), למעשה אין זה כך. f c רוחב הפס BW גורם הטיב. Q של מעגל תהודה, שווה ליחס בין תדר התהודה שלו לבין BW = f c Q מעגל תהודה שגורם הטיב שלו (Q ( קבוע ותדר התהודה שלו ניתן לשינוי, לדוגמא בתחום,530KHz KHz רוחב הפס BW) ( ישתנה בערך פי 3 (מפני f c משתנה פי 3). לכן, אם תוכנן למקלט רוחב פס של 9KHz עבור שהתדר קליטת תחנה בתדר 530KHz (לפי התקן), הרי בתדר 1600KHz יגדל רוחב הפס לכדי.3x9=27KHz מצב זה הוא בלתי סביר, מחשש שרוחב פס כה גדול יגרום לקליטה בו-זמנית של שלוש תחנות שונות המשדרות זו ליד זו. בעיה חמורה זו תיפתר במקלטי רדיו משוכללים יותר, עליהם נדון בהמשך.

41 41 תכונות מקלטי הרדיו מקלטי הרדיו מאופיינים על ידי נתונים טכניים שונים, כדי שנוכל להשוות בין מקלטים שונים. שלושת הנתונים הטכניים החשובים ביותר הם: ברירות, רגישות ונאמנות. על אלה נוספים עוד מספר רב של נתונים, שלא נטפל בהם במסגרת זו. ברירות המקלט (SELECTIVITY) הברירות היא כושר המקלט להפריד את התחנה הרצויה מכלל התחנות הנקלטות על ידי האנטנה. המקלט משמש כמסנן מעביר פס, שרוחבו צריך להיות זהה לרוחב הפס של האות המאופנן. המקלט הישיר הוא בעל תכונת ברירות גרועה ביותר מפני שרוחב הפס שלו משתנה מתחנה לתחנה. בדפי הנתונים של המקלט יופיע נתון זה באופן: Selectivity = 9KHz (-3dB) או (-3dB) Band Width = 9KHz רגישות רוחב הפס נמדד בין נקודות מחצית ההספק, ז"א -3dB (SENSITIVITY) רגישות המקלט היא כושרו לקלוט במבוא גל מאופנן, בעל עוצמה נמוכה ולהפיק במוצאו הספק תקני מסוים. למעשה, משקפת הרגישות את ההגבר הכולל של המקלט. הגדרת הרגישות תהייה שלמה, רק אם נציין שההספק התקני במוצא, הוא כולו או רובו, הספק של אות מידע ולא של רעשים או אותות בלתי רצויים אחרים. לפיכך, יש לכלול בהגדרת הרגישות את היחס הדרוש של אות לרעש. בדפי הנתונים של המקלט יופיע נתון זה בצורה: Sensitivity = 05. µ V ( 20dB S ) N (S) מקלט זה הוא בעל רגישות של חצי מיקרוולט, בעוצמה של 20dB מעל הרעש (N) כאשר האות הנמדד הוא

42 42 נאמנות (FIDELITY) יכולתו של המקלט לשמור על צורת מעטפת האפנון של מתח המבוא שלו, מורה על מידת נאמנותו. כשצורת האות במוצא המקלט שונה מצורת המעטפת של אות המבוא, הרי המקלט מעוות. ככל שהשוני בין השתיים גדול יותר, הנאמנות גרועה יותר. להבטחת נאמנות מקלט, דרושות תכונות דומות לאלה שהוגדרו בקשר למגברי תדר שמע: היענות תדר טובה של מגברי ת"ר. היעדר עיוותים לא ליניאריים של מגברי ת"ר ומגברי השמע. (1 (2 הנאמנות תלויה בין היתר, גם ברוחב הפס של המגברים המכוונים (מגברי ת"ר). אם רוחב הפס שלהם צר, דבר שמבטיח דווקא ברירות טובה, עלולה מעטפת האפנון להיות מעוותת. לעומת זאת, רוחב פס רחב מאפשר נאמנות טובה, אך מקלקל את הברירות.

43 43 מקלט סופרהטרודיין ניתוח עקרון פעולתו של המקלט הישיר, מלמד שברירותו אינה מספקת להפרדה בין תחנות שידור הקרובות זו לזו. ההגברה ורוחב הפס משתנים במידה רבה בתחום העבודה של המקלט. חסרונות המקלט הישיר נובעים משיטת הגברת אות ת"ר. מגבירים את האות הנקלט מהאנטנה בתדר בו הוא נקלט. התגברו על חסרונות אלה על ידי בניית מקלט שעיקר הגברתו מבוצע בתדר מסוים וקבוע, ללא תלות בתדר התחנה שרוצים לקלוט. לשם כך, משנים את התדר הנקלט באנטנה לתדר אחר, קבוע מראש, מבלי ששינוי תדר הגל הנושא ישפיע על צורת מעטפת האפנון. מקלט מסוג זה נקרא בשם מקלט סופרהטרודיין (Superheterodyne), שתרשימו המלבני מוצג באיור 30. איור - 30 מבנה עקרוני של מקלט סופרהטרודיין מעגל תהודה הכלול ביחידת מגבר הרדיו בורר את התדר הרצוי (Fc) מכלל האותות הנקלטים באנטנה. אמנם למעגל זה אותם חסרונות שהוזכרו במקלט הישיר, אך נתגבר עליהם בהמשך המעגל. בעזרת ממיר התדר, המורכב מיחידות הערבל והמתנד המקומי, ממירים את תדר הנושא Fc לתדר קבוע הנקרא בשם תדר ביניים Intermediate ) F IF.(Frequency ממיר התדר ימיר תמיד כל תחנה נקלטת, לאותו תדר ביניים. לצורך זה מוצמדים פיזית, מעגל המתנד המקומי עם מעגל התהודה במבוא האנטנה. הערבל היינו רכיב לא ליניארי, תדרי הכניסות. המוציא במוצאו מתח בתדר השווה להפרש

44 44 איור - 31 פעולות הערבל תדר מוצא הערבל הוא קבוע עבור כל התחנות, אותו נגביר בעזרת מגברי תדר ביניים (מגברי תב"מ). למגברים אלה הגבר ורוחב פס אשר קובעים את תכונות המקלט. ההגבר קובע את רגישותו ורוחב הפס את ברירותו. תדרי הביניים שנבחרו הם: 455KHz עבור מקלטים הפועלים בתחום הגלים הבינוניים 10.7MHz עבור מקלטי FM הפועלים בתחום הגלים קצרים מאד. לאחר הגברת האות הנקלט בעזרת מגברי ת"ר ומגברי תב"מ, יש צורך לגלות את המידע הטמון בתדר הרדיו. תפקיד זה מוטל על מעגל הגלאי. מעגל זה שונה במבנהו בין מקלט AM למקלט.FM במקלט AM תפקידו לגלות את מעטפת האות הנקלט ובמקלט FM תפקידו להמיר את שינויי תדר האות הנקלט לשינוי מתח שמע. אות השמע המתקבל ממוצא הגלאי מוגבר על ידי מגברים לתדר שמע, הכוללים מגברי מתח ומגברי הספק, ומזינים את הספק מוצאם לרמקול. ההספק המוצא מהרמקול אינו קבוע, הוא משתנה בהתאם לעוצמת האות באנטנה. עבור אות חזק, הנובע מתחנה שעוצמתה גבוהה, נקבל תפוקה גבוהה ברמקול, ולהפך. עבור תחנה שהספקה נמוך, יהיה גם הספק השמע מהרמקול נמוך. שינויים אלה בתפוקת הרמקול יורגשו בעיקר כאשר המקלט היינו נייד כגון מקלט ברכב נוסע, או מקרה בו אנו תרים אחרי תחנה מסוימת על סקלת המכשיר. כדי להתגבר על בעיית שינויי העוצמה ברמקול, הוכנס לכל המקלטים מעגל שתפקידו לווסת אוטומטית את העוצמה. זהו מעגל בקרת ההגבר האוטומטי.(Automatic Gain Control) AGC מעגל ה- AGC בודק את האות במוצא הגלאי. אם חלים שינויים בעוצמה הממוצעת, הוא ימיר אותם למתח ישר אשר יוחזר כמשוב, וישנה את הגבר מגברי התב"מ. אם עוצמת התחנה הנקלטת חזקה, יורד הגברו של מגבר התב"מ ולהיפך. הדבר מבטיח מוצא כמעט אחיד עבור שינויים בעוצמת הקליטה באנטנה. מקלט הסופרהטרודיין נבנה כדי להתגבר על בעיית הרגישות והברירות המשתנים במקלט הישיר, כלומר, שינוי התחנה הנקלטת גורם לשינוי רגישות וברירות. במקלט הסופרהטרודיין, שינוי התחנה אינו משנה את תדר הביניים מפני שתדר המתנד המקומי משתנה אף הוא וההפרש בינו לבין התדר הנקלט נשאר קבוע. על ידי כך נשארת ברירות המקלט אחידה על פני תחום הקליטה כולו.

45 45 תדר בבואה תפקיד הערבל להפיק במוצאו אות בתדר השווה להפרש בין תדרי המבוא שלו. למעשה הדבר אינו כה פשוט. נכוון תדר מתנד מקומי ל-.1MHz נניח שתדר הביניים של המקלט הוא.455KHz כאשר נבוא לבחון מהו התדר באנטנה אשר יוצר את תדר הביניים הרצוי, נקבל שתי תשובות: f c1 = א. MHz מפני שמתקיים f = IF 455KHz = 1455KHz 1MHz fc2 = 545KHz ב. מפני שמתקיים f = IF 455KHz = 1MHz 545KHz המסקנה: עבור תדר מתנד מקומי מסוים, קיימות שתי תחנות אשר עוברות המרה, על ידי ממיר התדר, ויוצאות מהערבל בתדר הביניים של 455KHz (ראה איור 32) איור - 32 אותות המבוא והמוצא לערבל הנתון בדוגמא במוצא הערבל מתקבלים שני אותות בתדר ביניים, שמקורם ב-שני תדרי ת"ר שונים, כלומר, משתי תחנות שידור שונות. כל אחד מהאותות נושא מידע שונה, ולכן במוצא הערבל יתקבל ערבוב של שני אותות המידע, תופעה שאינה רצויה. למעשה, כל שני תדרים באנטנה שהפרשם שווה לכפלים תדר הביניים, יוצרים צמד של ת"ר רצוי ות"ר לא רצוי. התדר הנמוך מבין השניים הוא תדר התחנה הרצויה והתדר הגבוה, הלא רצוי נקרא בשם תדר בבואה ) IMAGE ( FREQUENCY איור. 33

46 46 איור - 33 תדר המתנד המקומי ותדרי הקליטה תפקיד הנחתת תדר הבבואה מוטל על מעגל התהודה שבמבוא המקלט. כדי שהדבר ייעשה לשביעות רצוננו, יש לדאוג שרוחב הפס של מעגל זה יהיה צר, 2 f IF דבר שיבטיח שתדר הבבואה יימצא מחוץ לעקום ההיענות יותר מאשר של מעגל מבוא המקלט. איור - 34 ניחות תדר הבבואה על ידי מעגל המבוא

47 47 מקלט סופרהטרודיין כפול החסרון הבולט של מקלט הסופרהטרודיין, הוא קליטה בו-זמנית של שתי תחנות, התחנה הרצויה ותחנת הבבואה. עקרונית, ניתן לדכא את תדר הבבואה בעזרת מעגל המבוא של המקלט. כדי שההנחתה תהייה משמעותית, יש להרחיק את התחנות זו מזו. פעולה זו נעשית על ידי בחירת תדר ביניים גבוה. תדר ביניים גבוה מאפשר דיכוי טוב יותר של תדר הבבואה, אך גורם עקב כך להורדת הברירות של המקלט עקב הגדלה ברוחב הפס של מגברי התב"מ וזאת מפני שרוחב הפס BW נמצא ביחס ישר לתדר. BW f IF = Q כדי להתגבר על בעיה זו, סופרהטרודיין כפול. הברירות הנמוכה, משתמשים במקלט מסוג מקלט הסופרהטרודיין, בעל המרת התדר הכפולה, מאפשר לנצל את שני היתרונות הרצויים: תדר ביניים גבוה לדיכוי טוב של תדר הבבואה, ותדר ביניים נמוך לקבלת רוחב פס צר, ולכן - ברירות טובה. לקבלת התכונות ידרשו שתי מערכות של מגברי תב"מ: האחת בעלת תדר גבוה, והשניה בעלת תדר נמוך. באיור הבא מוצג תרשים מלבנים של מקלט מסוג זה. איור - 35 מקלט עם המרת תדר כפולה מעגל המתנד המקומי המשתנה וערבל 1 מאפשרים ברירת התחנה הרצויה. עקב תדר הביניים הגבוה שמתקבל מערבל 10.7MHz) 1 לדוגמא). דיכוי תדר הבבואה על ידי מעגל המבוא באנטנה יהיה פשוט, מפני שהמרחק בין שני התדרים יהיה גדול מאד - 2f = IF 214. MHz

48 48 תדר הביניים הגבוה מאפשר דיכוי טוב של התדר הבלתי רצוי, אך רוחב הפס של מעגלים אלה גדול מאד, לכן ברירותם נמוכה. בעזרת ערבל 2 ומתנד מקומי קבוע, מורידים את התדר של 10.7MHz לתדר ביניים של. 455KHz עקב התדר הנמוך, קטן גם רוחב הפס של המגברים ולכן ברירותם גדולה. לערבל שני מבואות בעלי תדרים קבועים. לכן תדר המתנד השני הוא קבוע. ברוב המקרים זהו מתנד גבישי שתידרו עבור הדוגמא הנ"ל: f = IF MHz MHz = MHz

49 49 ממסרי רדיו קשר רדיו בתחום תדרים מעל 30 מה"צ יתכן, בתנאי שאנטנת המשדר תראה את אנטנת המקלט. בתחום זה הגלים מתפשטים כגלי מרחב. היתרון של עבודה בתחום תדרים זה הוא הספק שידור דרוש, שהוא נמוך מאד, ואנטנות קטנות, דבר שמאפשר בניית מכשירים ניידים ונישאים. כדי להתגבר על בעיית טווח השידור, עקב הימצאות הרים ומבני מגורים גבוהים, בין אנטנת המשדר למקלט, נוהגים להשתמש בממסרי רדיו. ממסר רדיו היינו משדר/מקלט, הפועל אוטומטית, אשר ממוקם במקום גבוה, והחולש על כל הסביבה. מיקום אנטנת הממסר צריכה להיות כזו, שהיא "תראה" בו-זמנית את שתי האנטנות של שני המכשירים הרוצים להתקשר זה עם זה דרך הממסר. הממסר פועל כמתווך. מקלטו קולט את אות הרדיו שמשדר משדר א'. את שקולט מקלט הממסר, הוא משדר מיידית על ידי המשדר שנמצא בקרבתו. אות זה שמשודר מאנטנת הממסר הגבוהה, יגיע למקלט ב' (איור 36). - תחנת ממסר רדיו איור 36 משדר הממסר TX אינו יכול לשדר על תדר הקליטה של המקלט RX מחשש שהספק מוצאו הגבוה, יוזן למבוא המקלט ויגרום לו נזק. בנוסף יחסם המקלט על ידי השדה האלקטרומגנטי החזק של המשדר. לכן, תדר השידור ותדר הקליטה של הממסר אינם זהים. לצורך הדוגמא, המקלט קולט בתדר,160MHz המידע שנקלט עובר למשדר, אך משודר בתדר.161MHz השוני בתדרים מבטיח שלא תהיה חסימת המקלט על ידי תדר המשדר.

50 50 מהמבנה של תחנת הממסר, תדרי קליטה ושידור שונים. ותדר הקליטה.161MHz ברור שגם מקלט/משדר א' ו-ב' חייבים להכיל במקרה הנ"ל, תדר השידור שלהם יהיה 160MHz תקלה בתחנת הממסר לא תאפשר קשר בין מכשירים א' ו-ב' גם אם הם יימצאו בטווח ראייה, זאת עקב תדרי שידור/קליטה שונים זה מזה. במקרה כזה, יש לעבור במכשירי הקשר לערוץ שידור אחר (ערוץ,(SIMPLEX בו תדרי השידור והקליטה זהים. במקרה כזה, טווח השידור יהיה מוגבל ותלוי בתנאי הקרקע.

51 51 קידוד השידור והקליטה עקב ריבוי תחנות שידור ומצוקת תדרים, הוקצו למספר רב של משתמשים, ערוץ שידור אחד. כדי למנוע האזנה בין קבוצות משתמשים, הנמצאים על אותו התדר, נבנו במכשירי הקשר מערכות קידוד שונות. צרור הפעלה שיטה זו שימושית בעיקר לצורך הפעלת ממסר רדיו. הפעלה לא יפעיל את הממסר. שידור רדיו ללא צרור בשיטה זו משודר תדר קבוע, לדוגמא 1750 הרץ, לפרק זמן קצר של כ- 1 שניה בתחילת השידור. תדר זה מפעיל את ממסר הרדיו ומאפשר לאחר מכן לתחנת השידור לשדר דרך הממסר באפנון דיבור או אפנון ספרתי. משדר הרדיו חייב להכיל מעגל המופעל לפרק זמן קצר, מייד לאחר לחיצה על לחיץ השידור. מקלט הרדיו חייב להכיל מעגל, "חוקי", יפתח הערוץ לתקשורת. המזהה את תדר הצרור. רק אם התדר תדר תת-שמע (PL) בשיטת צרור ההפעלה, משודר ה"קוד" לפתיחת הערוץ רק לרגע קט מהפעלת לחיץ השידור. לשיטה זו חסרונות, בעיקר בתנאי קשר גרועים בהם אובד לעתים הקשר עם התחנה המשדרת. מרגע איבוד הקשר לראשונה, תיפסק הקליטה עד לרגע שהמשדר ישדר פעם נוספת את צרור ההפעלה, וזה יקרה ברוב המקרים, רק לאחר שחרור לחיץ השידור ולחיצה נוספת עליו. כדי להתמודד עם בעיה זו, הוחלף צרור ההפעלה בתדר קבוע המשודר לאורך כל זמן השידור. תדר זה הוא תדר נוסף לתדרי המידע שמועברים בערוץ. אין אנו שומעים אותו, כי הוא נבחר כתדר שנמוך מתדרי השמע שמסוגל המקלט להעביר לרמקול. קיימים מספר תדרים תקניים שהם בין 67.0 הרץ ל הרץ (ראה טבלה) שיטה זו נקראת על ידי חברת מוטורולה בשם המקצועי הכללי עבורה היא.(Private Line) PL (Continuous Tone Coded Squelch System) CTCSS המונח. משדר הרדיו מכיל בתוכו מתנד קבוע לאחד מתדרי ה- PL. המקלט חייב להכיל מעגל פענוח, המאפשר קליטה רק ברגע קליטת תדר ה- PL.

52 איור - 37 טבלת תדרי PL תקניים DTMF Frequency) DTMF (Dual Tone Multi הינה מערכת הצפנה וגילוי, אשר ממירה תווים לרצף של שני תדרים Tone).(Dual ברוב המקרים התווים הם אלה המוכרים לנו על לוח לחיצי הטלפון. (Hz) * # 1633 A B C D איור - 38 תדרי ה- DTMF התקניים בשיטה זו לחיצה על לחצן "5" יגרום לשידור שני תדרים 770Hz ו- 133Hz בו-זמנית. הצפנת המספר "5" בשני תדרים אלה, תתגלה במקלט אך ורק אם יש לו מפענח מתאים. קביעת רצף מתאים של תווים בצד המשדר, ערוץ התקשורת להעברת המידע. ופענוחם במקלט, יאפשר פתיחת נהוג לקבוע רצף תווים עבור כל זוג משתמשים או רשת משתמשים. קוראים למערכת כזו בשם.(Digital Code Squelch) DCS לעתים (Dual Tone Squelch System) DTSS בשיטה זו קולט המקלט, אך ורק אם הוא קלט אוסף של שלושה קודים ספרתיים, הזהים לאלה שהוצפנו בתוכו. לאחר זיהוי הקוד נכנס המקלט לפעולה, המקלט ימשיך בקליטתו כל עוד הוא מזהה בכניסתו את קוד ה- DTSS, העלמות הקוד לפרק זמן שעולה על שתי שניות יגרום להפסקת הקליטה. לאחר פרק זמן זה יש להפעילו מחדש על ידי שידור וקליטת אות ה- DTSS. שיטה זו דומה לשיטת ה- DCS, אך בתקן זה הוחלט על שלושה קודים ספרתיים. ובתקן ה- DCS קיימת אפשרות לקבוע את גודל ה"מילה" כרצוננו.

53 53 תקשורת ספרתית אותות המידע המוזנים למבוא המשדר יכולים להיות אנלוגיים או ספרתיים. אות אנלוגי אות אנלוגי הוא אות שהתיאור הגרפי שלו בתלות בזמן הוא פונקציה רציפה. אות זה יכול לקבל אינסוף ערכים במשך הזמן. האיור מציג אות אנלוגי של מתח במוצא המיקרופון כתלות בזמן. איור - 39 מתח במוצא מיקרופון אות ספרתי אות ספרתי היינו אות שבכל רקע נתון יכול לקבל ערך כלשהו מתוך אוסף סופי של ערכים נתונים. כדוגמא לאות ספרתי, אפשר לראות את האות הבינארי לו יש שני ערכים אפשריים "0" ו-" 1 ". תפקיד מערכת התקשורת - להעביר את האות הספרתי מהמשדר למקלט, עם מספר סימנים שגויים מזערי. אפנון אות אנלוגי, ניתן לאפנן באופנים שונים כמו אפנון תנופה, אפנון תדר וכו'. אות ספרתי ניתן אף הוא לאפנון באופנים שונים. באיור הבא דוגמא אופיינית של אפנון אות ספרתי בשיטת (Frequency Shift Keying) FSK. באופן זה משנים את תדר הנושא בין שני ערכים. לדוגמא: 1MHz עבור ערך של "1" לוגי ו- 1.1MHz עבור ערך של "0" לוגי.

54 54 איור - 40 אפנון אות ספרתי בשיטת FSK קידוד פעולת הקידוד מתבצעת רק על אותות ספרתיים. הקידוד ממיר קבוצה מסוימת של סימנים לקבוצה אחרת. המרה זו מתבצעת לצורך צמצום המידע השגוי הנקלט. כדוגמא לשיטות קידוד שונות, ניתן לראות את הצפנים השונים כגון: צופן,BCD ציקלי, EXCESS-3 ועוד (ראה ספר "אלקטרוניקה לחבלני משטרה"). ממיר אנלוגי/ספרתי כל אות אנלוגי ניתן להמיר לאותות ספרתיים בעזרת מעגל ממיר.A/D אופן ההמרה נעשה בעזרת צופן הנקבע על ידי המצפין. צופן זה חייב להיות ידוע גם למפענח כדי שיוכל להמירו בכיוון ההפוך, מאות ספרתי לאות אנלוגי. איור 41 מציג דוגמא כיצד ניתן להמיר אות אנלוגי לאותות ספרתיים, לפי קוד, BCD לפי קצב דגימה נתון בודקים את רמת האות האנלוגי. לכל רמת אות קובעים מילה בינארית מתאימה. השידור נעשה על ידי שידור טורי (זה אחרי זה) של המילים הבינאריות. איור - 41 המרת אות אנלוגי לספרתי

55 55 זיהוי שגיאות ניתן להוסיף סיבית נוספת לערכים הספרתיים ששודרו. סיבית זו, הנקראת סיבית הזוגיות (או האי-זוגיות) מאפשרת זיהוי של שגיאה באות הנקלט. הטבלה הבאה מראה כיצד מוסיפים סיבית זוגיות לקוד.EXCESS 3 סיבית זו הנמצאת מימין למילה הבינארית נקבעת כך שמספר ה" 1 "ים במילה יהיה תמיד זוגי. EXCESS קוד סיבית הזוגיות ערך עשרו ני איור - 42 עקרון סיבית הזוגיות בעת קליטת המידע, בודקים במקלט אם כל מילה התקבלה עם סיבית הזוגיות הנכונה. ניתן לעשות זאת בצורה פשוטה על ידי בדיקת כמות ה" 1 " במילה. אם מספרם זוגי, סביר להניח שהמידע התקבל תקין. אם מספרו אינו זוגי, לבטח קיימת שגיאה בקליטה. סיבית הזוגיות אינה מאפשרת זיהוי של שיבוש שבו שובשו מספר זוגי של "1" ו-" 0 ". סיבית זו גם אינה מסוגלת לתקן את המילה שנקלטה, היא מסוגלת רק להתריע על ליקוי בקליטה. ניתן להתגבר על החסרונות שהוזכרו על ידי שיכלול הרעיון, אך דיון בשיטות אלה הם מעבר לרמת ספר זה. סיבית התחלה וסיבית סיום שיגור רצוף של מילים בינאריות יכול לגרום לאיבוד סנכרון בצד המקלט. כדוגמא לכך: האם ברצף הנקלט ידוע היכן מתחילה מילה והיכן היא מסתיימת? כדי להתגבר על בעיה זו יש להגדיר מתי מתחיל המידע ומתי הגיע לסיומו. אותות START (סיבית התחילה) ו- STOP (סיבית סיום) נוספו לכל מילה משודרת, סיביות אלו יאפשרו בצד המקלט לזהות כל מילה בנפרד. גם אם התקבלה מילה שגויה, או אות שנקלט עם רעש רב, נדע במדויק היכן מתחילה כל מילה והיכן היא מסתיימת. איור 38 מציג דוגמא של המילה הבינארית המתאימה לאות D בקוד בודו, השימושי להעברת אותות טלפרינטר, כולל סיבית התחלה וסיבית סיום. כדי להבחין בין סיבית ההתחלה לסיום, יש אפשרות לקבוע זמן שונה לשניהם או רמות ספרתיות שונות. כל אלה בהתאם לתקן השידור המוסכם. באיור מוצג פולס הסיום ככפול מזמן פולס ההתחלה. כמו כן, פולס ההתחלה הוא ברמת מתח נמוכה לעומת פולס הסיום שהוא ברמה לוגית גבוהה.

56 56 הרמות הלוגיות "1" ו-" 0 " מציינות MARK ו- SPACE בהתאמה. STOP בקוד בודו איור - 43 סיביות, START מודם MODEM - עד שנות החמישים, השתמשו בשידור ספרתי בשיטת (ON/OFF KEYING) OOK בשיטה זו משודר תדר גל נושא בזמן הופעת ("1" MARK לוגי ), ואין משודר דבר בזמן ה- SPACE. שיטה זו אינה טובה, כי בשעה שאין שידור עדיין המקלט קולט רעשים והפרעות. הפתרון היה לעבור לשיטת Frequency Shift) FSK (Keying ששיפרה משמעותית את האמינות. בשיטת FSK מקצים זוג תדרים לאותות ה- MARK נקבע כגבוה ויורדים בתדר השידור בעת שידור ה-.SPACE וה- SPACE. תדר ה- MARK תקן נוסף השימושי לשידור ספרתי הוא שיטת Keying) (Audio Frequency Shift. (Audio) בשיטה זו מספקים למשדר, במבוא המיקרופון, אותות שמע.AFSK תדר שמע אחד עבור ה- MARK ותדר שמע שונה עבור ה-.SPACE שני תדרים אלה מאופננים על תדר הנושא של המשדר באחד מהאפנונים המוכרים. זוג תדרים אופייניים לאופן שידור זה הוא 2125 Hz עבור ה- SPACE. סטיית התדר בין שני התדרים היא 850 הרץ. עבור ה- MARK ו- 2975Hz אותות ה- AFSK מסופקים למשדר על ידי יחידה הנקראת בשם מודם Demodulator).(Modulator + המודם מורכב משני מעגלים - מעגל האפנן (MODULATOR) הפועל בזמן שידור, ומעגל הגלאי בזמן קליטה. MODEM - (DEMODULATOR) הפועל מעגל האפנן מקבל בכניסתו אות ספרתי, המתבטא ב-" 1 " ו-" 0 " אותו לזוג תדרי שמע המסופקים למבוא המיקרופון של המשדר. לוגי וממיר מעגל הגלאי, מקבל אותות שמע, שני תדרים המתאימים לתדרי ה- MARK וה-, SPACE מהרמקול של מקלט הרדיו וממיר אותם ל" 1 " ו-" 0 " לוגי. פענוח המילה הלוגית לאותות, סימנים או פקודות לוגיות. מתבצע על ידי מעגל נוסף, מפענח או מחשב.

57 57 איור 44 המציג את אופן חיבור המודם למשדר/מקלט: MODEM משדר מקלט MOdulator DEModulator איור 44 חיבור מודם למקמ"ש

58 58 קרינה אלקטרומגנטית והשפעתה על גוף האדם האם קרינה אלקטרומגנטית מזיקה לגוף האדם? בתקופה האחרונה, אנו שומעים וקוראים בתקשורת האלקטרונית והכתובה, על נזקים שיכולים מכשירים חשמליים ואלקטרוניים לגרום לגוף האדם. כתבות ומאמרים אלה אינם מדייקים ואינם מרחיבים, מפני שהם מיועדים לקהל הרחב שאינו מקצועי ואינו קרוב למושגים הטכניים. זו תקופה ארוכה, שידוע לבעלי המקצוע, ששדה מגנטי בתדר נמוך, כמו זה הנובע ממקורות תדר הרשת של 50 הרץ, יכולים להזיק. בתי ספר ומגרשי משחקים, אין למקם קרוב לקווי מתח גבוה של חברת חשמל. חל איסור לישון על סדין חשמלי כאשר זה בפעולה, במיוחד לנשים הרות, לא בגלל ההיבט הבטיחותי מהתחשמלות, אלא בגלל הקרינה המגנטית שזה מקרין. מחקר גילה שאחוז הילודים חולי הלוקמיה של נשים שישנו בזמן הריונן, על סדין חשמלי, גבוה משמעותית מאותה אכלוסיה שלא ישנה על סדין חשמלי.חלקו האחורי של מקלט הטלוויזיה וצג המחשב, מקרינים קרינה מגנטית מסוכנת. אין לשבת אחרי מכשירים אלה, גם אם נמצאים אחרי קיר בחדר סמוך. שדה בעוצמה של 3 מיליגאוס נחשב כמסוכן לאורך זמן. ומה ביחס לשדה אלקטרומגנטי? הסלולריים. כזה הנפלט ממכשירי הקשר או הטלפונים הקרינה האלקטרומגנטית ממקמ"ש הכולל אנטנת גומי duck) (Rubber. תלויה בגורמים רבים שהשפעתם על מערכת השידור לא תמיד ברורה, כגון: נצילות אנטנת הגומי, האדמה שאינה אפקטיבית די הצורך ומוליכות היד המחזיקה את המכשיר. עבור תחום ה 150MHz צפיפות ההספק המותרת לחשיפה הוא 2 ) inch.) 65mW ערכים אלה נקבעו על ידי מכון התקנים האמריקאי האחראי על התקינה עבור התעשייה והממשלה בארה"ב. ) ( National Standards Institute 1 mw cm 2.ANSI ANSI - American צפיפות ההספק מחושבת לפי הספק מוצא המשדר לאנטנה וחלוקתו בשטח המקרין של האנטנה. אם למשדר הספק של 10 וואט והוא מקרין את הספקו על שטח של 1 סמ"ר, אזי צפיפות ההספק תהייה: 10W = 10W 1cm cm 2 2

59 59 מהו ההספק שמקרינה אנטנת גומי? לצורך החישוב, נניח אנטנה שאורכה 15 סנטימטרים. נבחן את הקרינה קרוב לאנטנה ונניח שהאנטנה מקרינה במידה שווה לכל הכיוונים (לא לקצוות - ראה איור 45). כאשר: R - רדיוס הגליל H S - גובה הגליל. - שטח המעטפת. - השדה האלקטרומגנטי סביב לאנטנה איור 45 בעזרת הנוסחה ניתן לחשב את צפיפות ההספק במרחק R חלוקת הספק המשדר בשטח הגליל. מהאנטנה, על ידי איור 40 מציג את צפיפות ההספק כפונקציה של המרחק מהאנטנה. במרחק 3 2 אינצ'ים מהאנטנה (כ- 7.5 ס"מ), השדה הוא. 9mW inch שדה זה הוא מעל 2 הערך המותר של. mw inch 65 רק במרחק הגדול מ -5 אינצ', אנו יורדים מתחת לערכים המרביים המותרים בתקן. הערך המחושב עבור מרחק של 3 אינץ' עבור אנטנת גומי מעולה היינו 2. mw inch 884. אנטנה מעשית אינה כה אידיאלית. לצורך חישוב תיאורטי, נניח שהאנטנה היא בעלת הנחתה של 2dB מתחת לאותה אנטנה תיאורטית שעבורה עשינו את החישוב עד עתה.

60 60 איור - 46 צפיפות ההספק כפונקציה של המרחק מהאנטנה ערך של 2dB מוריד את עוצמת הקרינה במקדם של 1.6. במקרה זה, במרחק של 2 3 אינץ' ירד שטף ההספק ל-. mw inch 55. ערך זה כבר נמוך מתקן. ANSI לכן לפי ערכים אלה, כנראה אנו נמצאים בטווח השטף הבטוח. איור 42 מראה את אופן החזקת מכשיר הקשר. ניתן לחזור על החישוב, כאשר המרחק R לא 3 אינץ', אלא כפי שנוהג כל אחד מאתנו, לאחוז את המכשיר. עד עתה בוצעו החישובים עבר משדר שהספקו 1 ווט. אם המשדר יהיה בעל הספק גבוה יותר, נניח 5 ווט, המקרה יהיה גרוע פי חמש. איור - 47 מצב החזקת מכשיר הקשר החישובים הנ"ל הם מתוך הנחות תיאורטיות. למעשה אנו מחזיקים את המכשיר קרוב יותר לראשינו, ועוד גרוע מכך, קרוב לעיניים. נזק לעיניים הוא נזק בלתי הפיך, לא כפגיעה פיזית בעור, אשר נרפא לאחר זמן, נזק לעיניים הוא ללא תקנה. הפגיעה בעין נובעת מגודל גלגל העין, זה קרוב לסדרי גודל של אורכי הגל המשודרים ממכשירי הקשר והטלפונים הסלולריים. העין פועלת במקרה זה כאנטנת קליטה. האנרגיה הנקלטת בה גורמת לחימומה ולנזק שהוזכר.

61 61 אחרי הכל, ברור שהבעיה מורכבת יותר מאשר חישובים אריתמטיים פשוטים. התשובה לקיום נזק כזה או אחר על ידי קירובים מתמטיים, נותן מספרים שיש להתייחס אליהם בהתאם: א. ב. הרחק את האנטנה מהגוף עד כמה שאפשר. השתמש בהספק שידור מזערי, עד כמה שניתן. ג. שדר שידורים קצרים (על ידי כך, קטן הספק השידור הממוצע, לאורך זמן). הדיון עד עתה היה עבור תדר.150MHz לפי 2 המותר של, 1mW cm נכון עבור תחום התדרים,ANSI צפיפות ההספק המרבי.300MHz - 100MHz עבור תחום התדרים שמעל,300MHz 2 10mW cm גבול צפיפות ההספק המותר הוא, f 300 כאשר בתחום שבין f נתון ב - ל- 3000MHz הגבול נקבע על ידי הנוסחה 300MHz.MHz לדוגמא: עבור תדר של 900MHz (תדר השידור של ציוד הקשר המשטרתי והטלפונים הסלולריים) צפיפות ההספק המותר הוא : 900 = 3 mw cm

62 62 לוויני תקשורת חוקי קפלר 1. מסלולו של כוכב לכת הוא אליפסה שבאחד ממוקדיה נמצאת השמש. 2. כל כוכב - לכת נע בדרך כזאת שהקו המקשר אותו אל השמש (קו זה קרוי רדיוס - וקטור) עובר על פני שטחים שווים ברווחי זמן שווים, ללא הבדל מה אורכם. - איור 48 החוק השני של קפלר איור - 49 דיאגרמה מסלול אליפטי של 12 שעות הקפה. על המסלול מצוינים מיקומי הלווין במרווחים של חצי שעה. קרוב לאפוגי הלווין נע יחסית לאט.

63 63 חוק המשיכה הכובדית של ניוטון כל פרודת חומר בתבל מושכת כל פרודת חומר אחרת בכוח הנמצא ביחס ישר למכפלת מסות הפרודות וביחס הפוך לריבוע המרחק שביניהן. m * 1 m F = G 2 r 2 G G = 6.67 *10 = 6.67 * dyn cm N m 2 2 / gr / Kg 2 2 הלווין מושפע ממספר כוחות בנוסף לכוח הגרביטציה של כדור הארץ. לדוגמה: לכוח הגרביטציה של השמש, הירח, כוכבים אחרים וחיכוך עם האטמוספרה. איור 50 מציג אורך חיים של לווין במסלול מעגלי כפונקציה של גובהו בהתייחס להערות הנ"ל. איור - 50 זמן חיים של לווין במסלול מעגלי

64 64 זמן מחזור זמן הקפה איור 51 מראה את הקשר שבין זמן הקפה של לווין וגובהו עבור לווינים במסלול מעגלי נמוך. איור - 51 זמן מחזור כפונקציה של גובה הלווין במסלול מעגלי נמוך

65 65 מסלולי לווינים מסלול מעגלי orbits) (Circular זהו מסלול שמישור התנועה שלו קבוע בחלל כאשר כדור הארץ נע סביב לשמש. איור - 52 האיור מראה לווין שמישור מסלולו קבוע בחלל. המבט הוא מעיני צופה הנמצא על כוכב הצפון. מסלול מסונכרן עם השמש orbits) ( Sun synchronous מישור מסלול הלוויין עושה סיבוב של 360 מעלות בשנה. במסלול זה הלווין עובר באותם מקומות באותם שעות כל יום. מסלול זה מאפשר העברת מידע ונתונים באופן נח ביותר. איור - 53 מסלול מסונכרן עם השמש

66 66 מסלול גיאוסטטציונרי orbit) ( Geostationary לווין מסוג זה נע מעל קו המשווה במסלול מעגלי (מהירות קבועה), ותנועתו ממערב למזרח בגובה קילומטר. נקבל שהמהירות הזוויתית שלו תהיה שווה לזו של כדור הארץ (זמן מחזור של 24 שעות). לווין כזה נראה עומד מעל הראש ללא תזוזה. מספר יתרונות בעקיבה אחריו. ללווין תקשורת במסלול צורך ואין דופלר אפקט אין כזה. מסלול מונייה molniya) ( 0 כאשר = 63.4 i יישאר קבוע ה- argumont of perigee אם eccentricites יהיה וזמן המחזור 8-12 שעות נקבל מסלול עם כמה תכונות מיוחדות. איור - 54 מיקום יחסי של שני מסלולי מונייה במצב האפוגיאה. למעשה מישור המסלול נשאר קבוע בחלל כאשר כדור הארץ מסתובב. באיור שני מסלולים האחד מעל וושינגטון והשני מעל מוסקבה.

67 67 עקיבה הטבלה מראה דוגמה של פלט מחשב עבור עקיבה של אוסקר 13 בשורה הראשונה מופיעים נתונים של התחנה הקולטת. קו אורך, קו רוחב וגובה התחנה מעל פני הים. הנתונים שהתקבלו הם עבור תחום של 24 שעות מ- UTC00:00 (Time step) המידע הוא במרווחי זמן של 15 דקות 23/dec/1988

68 68 טרנספונדר - "משיב" הטרנספונדר שעל הלווין פועל כתחנת ממסר שעל הקרקע. הוא קולט בפס תדרים אחד, מגביר את האותות ומשדר אותם בפס תדרים אחר. איור 55 מראה שתי אפשרויות לבנית הטרנספונדר. ואילו ב B עם המרה איור - 55 משיב ללא המרה מוצג ב A -

69 69 מערכות הלווין בנוסף לאנטנות והטרנספונדרים מכיל הלווין מערכות נוספות כגון: מערכת הכוח: המערכת מכילה תאי שמש, מצברים, מייצבי מתח ועוד. תפקידה לספק אנרגיה חשמלית למערכות השונות של הלווין. מערכת בקרת המיקום: מכילה אמצעים להנעת הלווין בשלושה צירים לצורך הפניית הצדדים המתאימים אל כדור הארץ לצורך שידור וקליטה, ואל השמש לצורך טעינת המצברים ע"י אנרגית השמש ותאי- השמש. מערכת הטלמטריה: משמשת למדידה ושידור נתונים שונים על מצב הלווין ומערכותיו כגון: טמפרטורה, מצב הספקים (מתח וזרם), זוויות הלווין ביחס לכדור הארץ ועוד. מערכת פיקוד: המערכת קולטת פקודות מתחנת פיקוד הנמצאת על פני כדור הארץ, הפקודות הן לצורך ביצוע שינויים במערכות השונות של הלווין. מערכת הבקרה התרמית: תפקידה לבקר ולהבטיח שטמפרטורת הרכיבים והמערכות השונות תהיינה בתחום הרצוי כשהלווין נמצא במסלולו.

70 70 - הדציבל נספח א' עוצמת אות עוצמת אות של תדר רדיו נמדדת בדרך כלל ביחידות הספק, למשל ווט. לא נוח להשתמש ביחידה זו, שכן אנו עוסקים בטווח גדול מאד של עוצמות - ממאות ואטים ועד מיקרוואטים. לכן הוגדרה יחידה שימושית שנקראת. dbm ה- dbm היא עשירית הלוגריתם של יחס עוצמת האות ל-.1mW PdBm Log PmW ( ) ( ) = 10 1( mw) במערכות תקשורת, נהוג למדוד את עוצמת האות על ידי מדידת משרעתו ביחידות מיליוולט. גם במקרה זה נהוג להמיר את יחידת המדידה לדציבל. הפעם מוכפל הלוגריתם ב כיוון שההספק יחסי לריבוע המתח: V dbmv Log V ( ( ) mv ) = 20 1( mv ) במקרים מסוימים נוח להתייחס לעוצמת האות ביחס ל-.1µV במקרה זה: V db Log V ( µ ( ) V ) µ = 20 1( µ V ) מכיוון שהיחס בין mv ל- V הוא 1000, קל מאד לעבור מגודל שנמדד ביחידות. dbµ יש להוסיף 60dB לגודל שנמדד V לגודל שנמדד ביחידות dbmv ( 20Log 1000 = 60). dbµ ב- dbmv כדי לקבלו ב- V V( dbµ V) = V( dbmv + 60)

71 71 איור - 56 טבלת המרה לדציבלים

72 72 נספח ב' נתוני אנטנה הפרק העוסק בגלים אלקטרומגנטיים ואנטנות, מכיל מספר רב של מושגים. מושגים אלה שימושיים בדפי הנתונים של יצרני האנטנות. לצורך הדגמה, מוצג כאן חלק עיקרי של דף נתונים של חברה המייצרת אנטנות לתחום הטלוויזיה. נבחן את האנטנה שמספרה הקטלוגי.SL43 דף הנתונים מכיל את צילום האנטנה. טבלת נתונים וגרפים המראים את ביצועי האנטנה. הטבלה והגרפים משווים זו כנגד זו ארבעה סוגים של אנטנות.

73 73 מבט על הטבלה מלבד שלחברה ארבעה סוגים של אנטנות מאותו הדגם SL15D עד. SL91D השוני הראשון בין הדגמים הוא במספר האלמנטים בכל אנטנה. מספר האלמנטים של דגם SL43D הוא 34. הגבר של אנטנה זו (Gain) הוא 41 דציבל. הגבר זה הוא הגבר מרבי. מהעקומות המצורפות ניתן ללמוד באיזה תדר זה קורה וכיצד יורד ההגבר בתדרים האחרים. יחס הגבר פנים לאחור Ratio) (Front To Back של אנטנה זו הוא.28dB זווית הקרינה של האנטנה מסופק בשני נתונים. זווית קרינה אופקית בין 28 מעלות ל- 49 מעלות (כנראה תלוי הקליטה) וזווית קרינה אנכית בין 35 מעלות ל- 56 מעלות. אלו הן זוויות קרינה צרות, המבטיחות כווניות טובה מאד. עכבת אופינית 75 אום. שני נתונים מכניים חשובים, מופיעים כאורך מכני 126 ס"מ, רוח היוצרת כוח של עד 87 ניוטון או 8.9 ק"ג כוח. ועמידה בעוצמת נתונים אלה אינם נותנים תמונה מלאה על כל תחום הקליטה של האנטנה שהוא בין 470 מה"צ ל- 806 מה"צ, או כפי שנהוג לחלק את התדרים לאפיקי שידור, מאפיק 21 ועד לאפיק 62. הגרפים הבאים משלימים את התמונה. הציר האנכי מציין את עוצמת הקליטה ב- db והציר האופקי את האפיק הנקלט. מבט על אנטנה מדגם SL43 מראה שעוצמת הקליטה המרבית היא בערוץ 55, כאן מתקבל ההגבר המרבי של.14dB הגבר זה יורד לכ- 10dB בקצה תחום הקליטה, אפיק 21.