ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 12

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από ΦΥΛΛΑ ΙΟ ο η : Ο ρόλος του δέκτη είναι να ενισχύει επιλεκτικά και να επεξεργάζεται µόνο το ωφέλιµο φέρον, ώστε να αποδίδει στην έξοδο την πληροφορία. η : Τα βασικά χαρακτηριστικά του δέκτη είναι:. Η σταθερότητα (stablty) η οποία χαρακτηρίζει την ικανότητα του δέκτη να διατηρεί την αρχική του ρύθµιση και το συντονισµό του σε ορισµένη συχνότητα. Σε δεδοµένη συχνότητα µπορούµε να µετρήσουµε την απόκλιση από την αρχική του ρύθµιση.. Η ευαισθησία (sensblty) η οποία αντιπροσωπεύει την ελάχιστη τιµή του σήµατος εισόδου E(t) στο δέκτη, ώστε το ωφέλιµο σήµα s(t) στην έξοδο να είναι καθαρό. Η καθαρότητα του σήµατος χαρακτηρίζεται έµµεσα από το πόσο ισχυρότερο είναι το ωφέλιµο σήµα σε σχέση µε το θόρυβο στην έξοδο του δέκτη. Αυτό εκφράζεται ποσοτικά από το λόγο της ισχύος () του ωφέλιµου σήµατος προς την ισχύ του ανεπιθύµητου θορύβου () που εµφανίζεται στην έξοδο. Μετριέται σε µv σήµατος στην είσοδο. Ο λόγος / δίνεται σε db. 3. Η πιστότητα (delty) η οποία χαρακτηρίζει την ικανότητα του δέκτη να αποδίδει στην έξοδο το σήµα της πληροφορίας χωρίς παραµορφώσεις. 4. Η επιλεκτικότητα (selectvty) η οποία χαρακτηρίζει την ιδιότητα του δέκτη, αφού συντονιστεί, να επιλέγει, να ενισχύει και αποδιαµορφώνει το επιθυµητό φέρον και να µην επηρεάζεται από άλλες εκποµπές, γειτονικών καναλιών. Εξαρτάται από: Τη σταθερότητα των φίλτρων εισόδου Την ποιότητα των φίλτρων εισόδου Την ποιότητα των φίλτρων ενδιάµεσης συχνότητας Η επιλεκτικότητα καθορίζεται από την ικανότητα του δέκτη να διαχωρίζει τις συχνότητες δύο πολύ κοντινών ανεξάρτητα εκπεµπόµενων εκποµπών. Μετριέται σε Hz ή Hz.

2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 5. Η γραµµικότητα (lnearty) η οποία χαρακτηρίζει την ικανότητα του δέκτη να συµπεριφέρεται µε τον ίδιο τρόπο για ασθενή και για ισχυρά σήµατα στην είσοδό του. 6. Η έλλειψη παρασιτικών εκποµπών η οποία αφορά τη µη εκποµπή παρασιτικών ραδιοκυµάτων (µικροεκποµπών) από τα ίδια τα κυκλώµατα του δέκτη. Προέρχονται κυρίως από τοπικούς ταλαντωτές. Παράδειγµα: Σταθερότητα συντονισµού: 5Hz Επιλεκτικότητα λήψης: Hz Απόρριψη γειτονικών διαύλων: >7dB Ευαισθησία δέκτη: 5µV για / 4dB Παρασιτικές εκποµπές: <-6dB. 3 η : Το συνοπτικό διάγραµµα ενός απλού δέκτη άµεσης ενίσχυσης δίνεται: Τα τµήµατα του δέκτη έχουν την εξής λειτουργία: Η κεραία και το φίλτρο εισόδου, αποτελούν ουσιαστικά το στάδιο προσαρµογής του δέκτη στον ηλεκτροµαγνητικό φορέα. Ο επιλεκτικός ενισχυτή υψηλών συχνοτήτων (Β) ο οποίος ενισχύει το ασθενές φέρον σήµα E(t) που φτάνει στην είσοδο του δέκτη. Ο αποδιαµορφωτής, που προορίζεται να αποδιαµορφώνει το φέρον και να αποκαθιστά το βασικό σήµα s(t). Ο ενισχυτής χαµηλών συχνοτήτων (Α) του βασικού σήµατος. Ο αισθητήρας / µετατροπέας (µεγάφωνο) που αποδίδει τελικά το αρχικό µήνυµα στον τελικό αποδέκτη. 4 η : Τα µειονεκτήµατα είναι: (α) ότι η επιλεκτικότητα του δέκτη δεν είναι σταθερή για όλη την ζώνη λειτουργίας του και αυτό δεν είναι ανεκτό. (λόγω της έλλειψης δυνατότητας να κατασκευάσουµε φίλτρο µε µεταβλητό συντελεστή ποιότητας. (β) ότι η γραµµικότητά του δέκτη δεν ικανοποιητική. Έτσι αν στην είσοδο του δέκτη παρουσιάζονται διακυµάνσεις, αυτές θα περάσουν, δυστυχώς και στην έξοδο. ( µεγάφωνο )

3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 3 από ΦΥΛΛΑ ΙΟ ο η : Το διπλανό σχήµα περιγράφει έναν υπερετερόδυνο δέκτη, όπου το φίλτρο εισόδου είναι φίλτρο προεπιλογής ζώνης (ΑΜ ή FM). Ο επιλεκτικός ενισχυτής F έχει ζώνη διέλευσης, ανάλογα µε τη χρήση (ΑΜ ή FM). Η συχνότητα του σήµατος µετατίθεται µε πολλαπλασιασµό του φέροντος σήµατος µε το σήµα ενός τοπικού ταλαντωτή συχνότητας. Κατόπιν το σήµα περνά µέσα από φίλτρο ζώνης σταθερής συχνότητας. Αυτό έχει εύρος ζώνης όσο και το φασµατικό εύρος του διαµορφωµένου σήµατος και προσδιορίζει την επιλεκτικότητα του δέκτη. Η διαδικασία αυτή, της µετάθεσης της συχνότητας, αφήνει αναλλοίωτο το σήµα, ανεξάρτητα αν έχουµε AM ή FM διαµόρφωση. Π.χ.: Για AM διαµόρφωση: Φέρον ( t) [ E + s( t) ] ( t) E cosω Τοπικός ταλαντωτής M( t) M cos( ω t) Μετά το φίλτρο E( t) [ E + s( t) ] cos( ω t) Σε δεδοµένη συχνότητα συντονισµού του δέκτη, η συχνότητα του τοπικού ταλαντωτή επιλέγεται από τη σχέση, όπου η συχνότητα ονοµάζεται ενδιάµεση και είναι σταθερή. Η ενδιάµεση συχνότητα, παίζει το ρόλο του φέροντος σήµατος έως το στάδιο της αποδιαµόρφωσης. Ετεροδύνωση ονοµάζουµε τη διαδικασία µετάθεσης της συχνότητας στο δέκτη. η : Στην περίπτωση που ο τοπικός ταλαντωτής είναι ρυθµισµένος στη συχνότητα και επειδή η συχνότητα Ι είναι σταθερή, τότε µπορεί να λάβει την επιθυµητή συχνότητα καθώς και την που αποδεικνύεται ενοχλητική και αποτελεί για το δέκτη δεύτερο ωφέλιµο σήµα. και + Άρα από τις δύο σχέσεις έχουµε + Πρόβληµα αποτελεί για τον υπερετερόδυνο δέκτη η λήψη δύο φερόντων µε διαφορετικές συχνότητες. Αν επιλεγεί σχετικά µεγάλη ενδιάµεση συχνότητα, τότε µπορούµε να επιτύχουµε αποκλεισµό της συχνότητας ειδώλου, αλλά αυτό προϋποθέτει κατασκευή φίλτρου ενδιάµεσης

4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 4 από συχνότητας αρκετά ευαίσθητου τόσο στην κατασκευή του όσο και στη ρύθµισή του. Έτσι το φίλτρο έχει συντελεστή ποιότητας αρκετά µεγάλο, µ αποτέλεσµα να µη πετυχαίνεται πλήρως η µετάθεση συχνότητας. Η επιλογή της κατάλληλης ενδιάµεσης συχνότητας καθορίζεται από το ολικό φάσµα στο οποίο προορίζεται να λειτουργήσει ο δέκτης. Το συνολικό εύρος ζώνης ενός δέκτη που περιλαµβάνει Ν διαφορετικά κανάλια εκποµπής εκτείνεται από,n έως,ax. Η φασµατική ζώνη είδωλο είναι: [ ] [ +, ], n,, ax o, n o, ax +. Για να µην ενοχλεί η ζώνη του ειδώλου πρέπει o,n >,ax o,n + >,ax >,ax Τηρώντας την παραπάνω συνθήκη και εφόσον το φίλτρο εισόδου είναι ιδανικό, έχουµε πλήρη απόρριψη της ζώνης ειδώλου. Όµως επειδή το φίλτρο εισόδου στην πράξη δεν είναι ιδανικό, γι αυτό έχουµε µερική απόσβεση της ζώνης ειδώλου. Μεταβάλλοντας την συχνότητα του τοπικού ταλαντωτή, ο δέκτης µπορεί να λαµβάνει τα κανάλια που ορίζονται µέσα στο επιτρεπόµενο φάσµα. Ο τοπικός ταλαντωτής είναι πλέον ακριβείας και έχει αντικατασταθεί από συνθέτη συχνοτήτων (PLL). Για να µην επηρεάζονται από τα ανεπιθύµητα σήµατα (κοσµικός θόρυβος, βιοµηχανικά παράσιτα, ), θα πρέπει το φίλτρο εισόδου και ο ενισχυτής F να έχουν υψηλή γραµµικότητα. Αυτό επιτυγχάνεται µε την αυτόµατη ρύθµιση των συχνοτήτων εισόδου και τοπικού ταλαντωτή. Το φίλτρο ενδιάµεσης συχνότητας καθώς και το φίλτρο F δίνονται από: Q /(BW ) και QF F /(BW ), όπου Q F > Q. Αυτό προϋποθέτει µια σηµαντική επίπτωση όσον αφορά τις απαιτήσεις ποιότητας και σταθερότητας, που όµως αυτό πετυχαίνεται µε την χρήση κρυσταλλικών φίλτρων υψηλού βαθµού. 3 η : Πολλές φορές ανάλογα µε το είδος του δέκτη και τις χρησιµοποιούµενες κεραίες, η ισχύς του σήµατος στην είσοδο παρουσιάζει διακυµάνσεις. Οι διακυµάνσεις αυτές οφείλονται: o,n

5 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 5 από Στην απόσταση των κεραιών ποµπού δέκτη. Στα φαινόµενα διαλείψεων. Στην απόσβεση του φέροντος λόγω εµποδίων. Οι διακυµάνσεις αυτές δηµιουργούν απαίσιο ακουστικό συναίσθηµα, κι αυτό λόγω κατάπνιξης του σήµατος από το θόρυβο. ηλαδή µικρός λόγος /. Για την αποφυγή αυτών των φαινοµένων χρησιµοποιούµε ενισχυτικές διατάξεις F και F µε ελεγχόµενο κέρδος. Η διάταξη αυτή ονοµάζεται AC (Autoatc an Control). 4 η : o Απλοποίηση της σχεδίασης του σταδίου αποδιαµόρφωσης µε τη χρήση της αντί της. o Αντικαταστάθηκαν τα µεταβλητά στοιχεία µε τη λεπτή ρύθµιση της συχνότητας του τοπικού ταλαντωτή. 5 η : ίνονται εργασίες για την τάξη, όπου εξηγούνται επιµελώς ο τρόπος επιλογής της συχνότητας F.

6 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 6 από ΦΥΛΛΑ ΙΟ ο η :

7 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 7 από ΦΥΛΛΑ ΙΟ 3 ο η : Αποδιαµόρφωση συχνότητας ή διευκρίνιση συχνότητας, ονοµάζουµε τη διαδικασία εξαγωγής της πληροφορίας από το φέρον σήµα, που είναι διαµορφωµένο κατά συχνότητα. Στη διαµόρφωση συχνότητας FM, η πληροφορία επηρεάζει αποκλειστικά τη συχνότητα, που περιγράφεται από τη σχέση: ( t) + ( t) + s( t) ταλαντωτή VCO.. Αυτό πετυχαίνεται µε τον η : Η λειτουργία ενός διευκρινιστή συχνότητας, έχει να κάνει µε την µετατροπή των µεταβολών συχνοτήτων του φέροντος σε µεταβολές τάσης. Γι αυτό πρέπει να είναι γραµµικός. Η κλίση του είναι: V δίνεται σε V/Hz. 3 η : Ο συµµετρικός περιοριστής είναι ένας ψαλιδιστής, όπου ψαλιδίζει τις κορυφές του φέροντος και το απαλλάσσει από παρασιτικές κυµατώσεις και παρασιτικές αλλοιώσεις, που τυχόν προήλθαν από θόρυβο, βιοµηχανικά παράσιτα κλπ. Ο συµµετρικός περιοριστής µπαίνει πριν το στάδιο αποδιαµόρφωσης του σήµατος, µια και στην FM διαµόρφωση το πλάτος του φέροντος σήµατος παραµένει ανεπηρέαστο από το σήµα πληροφορίας. Ο συµµετρικός περιοριστής χρησιµεύει επειδή προσφέρει καλύτερη ποιότητα του δέκτη FM απαλλάσσοντας τον αποδιαµορφωτή από τις παρασιτικές διακυµάνσεις του σήµατος και αυξάνει τελικά το λόγο σήµατος προς θόρυβο στην έξοδο. Μετά τον συµµετρικό περιοριστή το φίλτρο L-C ενδιάµεσης ζώνης, αποκαθιστά την ηµιτονική µορφή του ψαλιδισµένου φέροντος.

8 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 8 από 4 η : Η απόκριση του φίλτρου επιλέγεται έτσι, ώστε η κεντρική συχνότητα του φέροντος να βρίσκεται περίπου στο µέσο του ανοδικού ή καθοδικού τµήµατος της χαρακτηριστικής του. Έτσι το φέρον σήµα, µετά τη διέλευσή του από το φίλτρο είναι διαµορφωµένο κατά πλάτος. Στη συνέχεια η αποδιαµόρφωση επιτυγχάνεται µε τη βοήθεια ενός απλού φωρατή αναπτύγµατος D--C Το παραπάνω φίλτρο παρουσιάζει ένα µειονέκτηµα. Η χαρακτηριστική του φίλτρου δεν είναι γραµµική, µ αποτέλεσµα όταν οι µεταβολές συχνότητας είναι µεγάλες, να εµφανίζονται στην έξοδο παραµορφώσεις του σήµατος. Έτσι η χρήση της διάταξης περιορίζεται σε περιπτώσεις διαµόρφωσης FM µε µικρή απόκλιση συχνότητας ax, όπου το τµήµα ΑΒ της χαρακτηριστικής µπορεί να θεωρηθεί γραµµικό. Αυτό βέβαια µπορεί να διορθωθεί µε διευκρινιστή Fooster-eeley. Αυτός αποτελείται από δύο φίλτρα και δύο φωρατές αναπτύγµατος. Τα δύο φίλτρα έχουν κοινό πυκνωτή και λειτουργούν µε διαφορά φάσης π και η µη γραµµικότητα του ενός αντισταθµίζεται από την µη γραµµικότητα του άλλου. Η χαρακτηριστική του αποδιαµορφωτή εκτείνεται σε ευρύτερη περιοχή. Το ωφέλιµο σήµα είναι η διαφορά των σηµάτων V και V που προκύπτουν στις εξόδους των δύο φωρατών αναπτύγµατος. Για τη συχνότητα ( στην οποία είναι συντονισµένα τα δύο φίλτρα) τα διανύσµατα τάσης και ρεύµατος είναι συµφασικά και οι τάσεις εξόδου αντιπροσωπεύονται

9 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 9 από από διανύσµατα κάθετα στο ρεύµα και αντίθετα µεταξύ τους. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα οι τάσεις V και V να είναι ίσες και το σήµα εξόδου γίνεται ίσο µε µηδέν. (s(t) V - V. Περίπτωση (α)). Σε οποιαδήποτε άλλη συχνότητα τα διανύσµατα ρεύµατος και τάσης παρουσιάζουν διαφορά φάσης. Οι µεταβολές συχνότητας φαίνεται στη διαφορά των τάσεων V και V. Η s(t) είναι ανάλογη προς τη µεταβολή συχνότητας. 5 η : Μια απλή διάταξη αποδια- µορφωτή FM µε παραλλαγή του σύγχρονου φωρατή, δίνεται στο διπλανό σχήµα. Το φέρον FM πολλαπλασιάζεται µε τον εαυτό του, αφού υποστεί ολίσθηση φάσης κατά -π/. Η ολίσθηση φάσης κατά -π/ αντιστοιχεί στην κεντρική συχνότητα φέροντος. Καθώς η συχνότητα µεταβάλλεται, η στιγµιαία ολίσθηση φάσης µεταβάλλεται επίσης και είναι: -π/+ φ. Έστω ότι η µεταβολή της φάσης είναι ανάλογη προς τις µεταβολές συχνότητας και υπακούει στη σχέση: φ λ[ ( t) ]( λ rad / Hz). Άρα φ λ s( t) Πράγµατι: E( t) E cos[ Φ( t) ]. π cos Μετά την ολίσθηση φάσης έχουµε: E ( t) E Φ( t) + φ E sn[ Φ( t) φ] Έτσι βγαίνει φ λ s( t) 6 η : Η συχνότητα του σήµατος εισόδου συγκρίνεται µε τη συχνότητα του VCO, που είναι υπολογισµένος µε κεντρική συχνότητα ίδια µε του φέροντος. Η τάση ελέγχου του VCO, που προσπαθεί να τον συγχρονίσει στη συχνότητα του σήµατος εισόδου αντιπροσωπεύει τις µεταβολές της συχνότητας του, δηλαδή το ωφέλιµο σήµα s(t). Μετά την αποδιαµόρφωση το ωφέλιµο σήµα s(t) θα υποστεί αποέµφαση, δηλαδή την αντίστροφη διαδικασία της έµφασης, στην οποία υποβλήθηκε στον ποµπό. Ειδικό

10 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από χαµηλοδιαβατό φίλτρο (διπλανό σχήµα) αποκαθιστά τη φασµατική φυσιογνωµία του σήµατος, πριν την τελική του ενίσχυση από τους ενισχυτές χαµηλών συχνοτήτων. 7 η : Ευαισθησία του δέκτη ορίζουµε την ελάχιστη ένταση του σήµατος στην είσοδο του δέκτη, ώστε στην έξοδο ο λόγος ισχύος του ωφέλιµου σήµατος () προς την ισχύ του θορύβου (Ν), δηλαδή ο λόγος (/) να έχει δεδοµένη τιµή. Ο δέκτης αποτελείται από δύο τµήµατα. Το ένα περιλαµβάνει όλα τα στάδια πριν την αποδιαµόρφωση, ενώ το δεύτερο τµήµα περιλαµβάνει την αποδιαµόρφωση και το τµήµα ενίσχυσης χαµηλών συχνοτήτων. Στο παραπάνω σχήµα παρατηρούµε; ( ): είναι ο λόγος της ισχύος του ωφέλιµου βασικού σήµατος προς τον θόρυβο στην έξοδο του δέκτη. ( ): είναι ο λόγος της ισχύος σήµατος προς θόρυβο στην είσοδο του αποδιαµορφωτή. Το µέγεθος είναι το σήµα που προήλθε από τη διαδικασία ενίσχυσης και ετεροδύνωσης, ενώ ο θόρυβος είναι αθροιστικά ο θόρυβος εισόδου επιβαρυµένος από το θερµοδυναµικό θόρυβο των κυκλωµάτων του δέκτη. : είναι ο λόγος ισχύος του φέροντος σήµατος προς το θόρυβο στην είσοδο του δέκτη. Όταν ο θόρυβος στην είσοδο του δέκτη έχει σταθερή πυκνότητα ισχύος σ όλο το φάσµα συχνοτήτων, τότε ονοµάζεται λευκός θόρυβος και δίνεται από τη σχέση: η σταθερά του Boltzan, Τ η θερµοκρασία και B το εύρος ζώνης του φέροντος. B, όπου 8 η : Ο δέκτης έχει συγκεκριµένη συµπεριφορά ως προς το θόρυβο και περιγράφεται από ένα συντελεστή θορύβου και δίνεται από τον τύπο: ( ) Ν. Ανάλογα µε τον τύπο διαµόρφωσης έχουµε, θεωρώντας ότι >>Ν δηλαδή η ισχύς του σήµατος είναι δεκαπλάσια της ισχύος του θορύβου.

11 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από ΑΜ διαµόρφωση:( ) ( ), όπου το ποσοστό διαµόρφωσης. FM διαµόρφωση: ( ) ( ) ( ) 3 +, όπου ο δείκτης διαµόρφωσης. ( ) ( ) ( ) B Ν Ν Ν Για την ΑΜ διαµόρφωση έχουµε: ( ) ( ) ( ) ( ) και ( ) ( ) ( ) ( ) ) ( ) % ( ax ax F ή F B B Ν Για την FΜ διαµόρφωση έχουµε: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) και ( ) ( ) ( ) ( ) ) ( 3 3 ax F B B + Ν επειδή BF ax (+) Όµως αν θέλουµε αντί για ισχύς να δουλεύουµε µε ενεργό τιµή σήµατος εισόδου, τότε χρησιµοποιούµε τη σχέση: E όπου λαµβάνεται η ισοδύναµη αντίσταση εισόδου του δέκτη περίπου ίση µε 5Ω, όση και η αντίσταση εξόδου της κεραίας. 9 η : Ανεπιφύλακτα καλύτερη συµπεριφορά στο θόρυβο έχει η FM διαµόρφωση µε την προϋπόθεση ότι >>Ν δηλαδή η ισχύς του σήµατος να είναι δεκαπλάσια της ισχύος του θορύβου. Αν δεν ισχύει αυτή η προϋπόθεση τότε παύει το πλεονέκτηµα της FM διαµόρφωσης. Στις τηλεπικοινωνίες αναφέρεται ως «φαινόµενο κατωφλίου». Το πλεονέκτηµα αυτό αποδεικνύεται ως εξής. ιαιρώ κατά µέλη τις σχέσεις () και () της 8 ης απάντησης:

12 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από, AM, FM Fax F 3 ax ( ) AM ( ) FM ( ) FM 3 ( ) AM Άρα αν 5, τότε ( ) FM 3 ( ) AM ( ) FM 75( ) AM ή ( ) ( ) + db FM AM 8