Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 1: Εισαγωγή

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 1: Εισαγωγή Δρ. Νικόλαος- Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε Κάντε κλικ για να ξεκινήσετε

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Περιεχόμενα 1.1 Βασικές Έννοιες 4

5 Προσδοκώμενα Αποτελέσματα Στην ενότητα αυτή θα μάθετε για: Ιστορική αναδρομή και βασικές έννοιες, Το Η/Μ φάσμα, Διαμόρφωση ΑΜ-FM, Εκπομποί Δέκτες AM-FM, Στοιχεία Κεραιών - Διάδοση 5

6 1.1 Βασικές Έννοιες 6

7 Ιστορική Αναδρομή 1842: Πρώτη ενσύρματη τηλεγραφική μετάδοση (Morse) 1885: Ο Thomas Edison προτείνει τον ασύρματο τηλέγραφο (επαγωγή) 1897: Ο Marconi επιδεικνύει μετάδοση Morse μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων : Πρώτη μετάδοση ακουστικού σήματος, Fessenden 7

8 Ιστορική Αναδρομή 8

9 Ιστορική Αναδρομή 9

10 Ιστορική Αναδρομή 1000 Watt / 50 KHz 10

11 Ιστορική Αναδρομή (συν.) 1919: Πρώτη καταληπτή μετάδοση ομιλίας και μουσικής. μέσα δεκαετίας 1920: Εισαγωγή λυχνίας κενού ως στοιχείο ενίσχυσης, Διαμόρφωση πλάτους (ΑΜ). 1933: Απονομή διπλώματος ευρεσιτεχνίας για τη διαμόρφωση συχνότητας (FM). 1937: Λειτουργία σταθμού FM. 11

12 Ιστορική Αναδρομή (συν.) 1954: Παρουσίαση φορητού ραδιοφώνου με transistor (Regency TR-1). 1963: Δορυφορική ραδιοφωνική μετάδοση (Telstar). 1985: Επίδειξη ψηφιακής μετάδοση (WARC- ORB, Geneva). 1993: Μετάδοση μέσω internet. 1994: Προτυποποίηση DAB από ΙΤU-R. 12

13 Ιστορική Αναδρομή (συν.) 13

14 Θεμελιώδεις Έννοιες Συχνότητα f (Hz). Μήκος κύματος λ (m) λ = c/f, c= 3*10 8 m/sec, εναλλακτικά: λ*f = c = 300ΜΗz *1m W 1 1Bel log10 W2 10log 2 dbm V V 20log V ref Vref W 1mW 1 log 10 14

15 Παραδείγματα Ρεύμα έντασης 100mA διαρρέει αντιστάτη 10Ω. Να βρεθεί η στάθμη τάσης (dbv) και η στάθμη ισχύος (dbm) Σήμα στάθμης -60dΒm εισάγεται σε διάταξη ενίσχυσης με Κ 1 =10 και Κ 2 =20. Να βρεθεί η στάθμη ισχύος του σήματος εξόδου. 15

16 Φάσμα 16

17 Φάσμα (συν) Ραδιόφωνο AM: Μακρά: 148.5KHz έως 283.5KHz Μεσαία: 520ΚΗz έως 1,6ΜΗz Βραχέα: 1,7ΜΗz έως 30ΜΗz Ραδιόφωνο FM: 88ΜΗz έως 108ΜΗz Τηλεόραση: 54-68ΜΗz, MHz, ΜΗz 17

18 Διαχείριση Φάσματος / Πρότυπα Διεθνής: International Telecommunication Union (ITU). Radiocommunication (ITU-R). Standardization (ITU-T). Ευρώπη: European Telecommunications Standards Institute (ETSI) European Broadcasting Union (EBU). ΗΠΑ: Federal Communications Commission (FCC). 18

19 Γενικό Σύστημα Εκπομπής / Λήψης Χρήση υψηλών συχνοτήτων Μικρή ισχύς πομπών. Περιορισμένες διαστάσεις κεραιών. Διάδοση. Η/Μ Θόρυβος. 19

20 Γενικό Διάγραμμα Πομπού Διαμορφωτής: Μεταβολή χαρακτηριστικού Πλάτος: AM Συχνότητα: FM Ταλαντωτής: Παραγωγή υψίσυχνου σήματος (φορέας). 20

21 Γενικό διάγραμμα δέκτη Συντονισμός και ενίσχυση λαμβανόμενου κύματος. Εξαγωγή και ενίσχυση αρχικού σήματος. Αναπαραγωγή. 21

22 Διαμόρφωση AM Φορέας S(t) = A συν(ω c t+φ) Σήμα m(t), μέγιστη συχνότητα f m Διαμορφωμένο σήμα A[1+m(t)] συν(ω c t+φ) Συντελεστής διαμόρφωσης μ = Α max -A min /Α max +A min Εύρος ζώνης BW=2 f m 22

23 Διαμόρφωση AM Ένα ΑΜ σήμα στο πεδίο του χρόνου Ένα ΑΜ σήμα στο πεδίο της συχνότητας 23

24 Παράδειγμα Να βρεθεί το απαιτούμενο εύρος ζώνης και να σχεδιαστεί διάγραμμα πεδίου συχνότητας για σήμα συχνότητας 1000Ηz διαμορφωμένο κατά AM σε φορέα μήκους κύματος 300m. 24

25 Διαμόρφωση FM Φορέας S(t) = A συν(ω c t+φ) Σήμα m(t), μέγιστη συχνότητα f m Διαμορφωμένο σήμα Απόκλιση συχνότητας Δf s, μέχρι 75ΚΗz Δείκτης διαμόρφωσης β=δf s / f m Εύρος ζώνης BW=2 Δf s + f m 25

26 Διαμόρφωση FM Διαμόρφωση FM στο πεδίο του χρόνου: α) Φέρον, β) Πληροφορία και γ) Διαμορφωμένο Διαμόρφωση FM στο πεδίο της συχνότητας 26

27 AM Έναντι FM Ευαισθησία σε μικρές διακυμάνσεις πλάτους Δυναμική περιοχή, απόκριση συχνότητας: AM ~ 50dB, 4KHz FM ~ 70dB, 16ΚHz Στερεοφωνική μετάδοση. Εμβέλεια. Ισχύς εκπομπής, κόστος. 27

28 Πομπός AM Μια συχνότητα λειτουργίας Ταλαντωτής κρυστάλλου Μεγάλη ισχύς Υψηλής στάθμης διαμόρφωση 28

29 Πομπός FM Επίδραση διαμορφωτή στον ταλαντωτή Χρήση πολλαπλασιαστή συχνοτήτων Συνήθως σειρά ίδιων βαθμίδων 29

30 Στερεοφωνική Εκπομπή Εκπομπή διαφορετικών καναλιών Σπατάλη εύρους ζώνης, διπλός εκπομπός και δέκτης. Κωδικοποίηση στερεοφωνικής πληροφορίας εντός ενός καναλιού (FM) Εκπομπή Α+Δ καναλιού για συμβατότητα. Εκπομπή Α-Δ διαμορφωμένων σε υποφέρουσα 38KHz. Εκπομπή σήματος πιλότου 19ΚΗz. 30

31 Πολύπλεξη πληροφορίας RDS Χρήση υποφέρουσας 57KHz bps (~1Kbit!) Παροχή πληροφοριών 31

32 Δέκτης AM Συνήθης έλλειψη ενισχυτή HF. Ετεροδύνωση Υποβιβασμός συχνότητας HF λαμβανομένου σήματος. Μεγαλύτερο κέρδος / ευαισθησία. Συνήθης IF 465kHz. 32

33 Δέκτης FM Περιοριστής παρασιτικών θορύβων Επίδραση στο πλάτος. Διευκρινιστής Αναπαραγωγή ακουστικής συχνότητας. 33

34 Χαρακτηριστικά Δεκτών Ισχύς εξόδου Ηλεκτρική (Τελικός ενισχυτής, W). Ακουστική (Μεγάφωνο, db SPL). Ευαισθησία (μv / mw) Εξάρτηση από SNR. Πιστότητα Αναπαραγωγής Προσθετικός Θόρυβος. Παραμορφώσεις συχνότητας (THD). 34

35 Χαρακτηριστικά Δεκτών #2 Επιλογικότητα / Ζώνη Διέλευσης 35

36 Χαρακτηριστικά Μεγέθη Κεραιών Ιδιοσυχνότητα f 0 f 0 = c/λ 0, λ 0 μήκος κύματος συντονισμού Ενεργό ύψος h h=2/π l, l μήκος κεραίας Αντίσταση (εισόδου/ακτινοβολίας) Ισχύς ακτινοβολίας, βαθμός απόδοσης Κατευθυντικότητα Απολαβή κεραίας 36

37 Κατευθυντικότητα Διπόλου (λ/2) Πηγή 37

38 Κατευθυντικότητα λ/4 38

39 Κατευθυντική Κεραία (Yagi) Πηγή: Πηγή: 39

40 Παράδειγμα Με διάταξη κεραίας λ/4, προσαρμογέα, ομοαξονικού καλωδίου και πεδιομέτρου μετριέται στάθμη ισχύος ραδιοφωνικού σταθμού στα 100MHz ίση με -40dBm. Να βρεθεί: a) Το ιδανικό μήκος της κεραίας b) Η στάθμη τάσης του σήματος (dbv) c) Η στάθμη ισχύος με χρήση Yagi +6dBi 40

41 Διάδοση Κυμάτων 41

42 Ραδιοσυχνότητες και οι Κύριοι Τρόποι Διάδοσης τους 42

43 Συνήθης Μέγιστη Εμβέλεια 43

44 Υπολογισμός εμβέλειας VHF/UHF Γεωμετρική ορατότητα Ραδιοορατότητα Ατμοσφαιρική περίθλαση R (Km), h 1 (m), h 2 (m) 44

45 Υπολογισμός Εμβέλειας VHF/UHF Ισχύς εκπομπής (dbm) Διάδοση P L = A + 20log(f) + 20log(r) A=32,44, f (MHz), r (Km) -> P L (dbm) Απολαβή κεραιών (db) Κατευθυντικότητα Απώλειες καλωδίου Ευαισθησία λήψης (dbm), Περιθώριο 45

46 Παράδειγμα Με πεδιόμετρο και κεραία λ/4 γίνεται μέτρηση στάθμης ισχύος ραδιοφωνικού σταθμού FM ίση με -60dBm, σε απόσταση 10Km. Να βρεθεί η ERP. 46

47 Σε αυτή την ενότητα μιλήσαμε για: 1.1 Βασικές Έννοιες 47

48 Ολοκλήρωση Μαθήματος Συγχαρητήρια!! Έχετε ολοκληρώσει με επιτυχία το μάθημα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 1: Εισαγωγή Δρ. Νικόλαος Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα 48