Κεφάλαιο 3 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΗ στις ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ. ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΥΜΑ και ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ

Transcript

1 Μάθηµα 1ο Θέµα Εισαγωγή στις τηλεπικοινωνίες 1. Τι ορίζουµε µε τον όρο τηλεπικοινωνία; 2. Ποιες οι βασικότερες ανταλλασσόµενες πληροφορίες, ανάλογα µε τη φύση και το χαρακτήρα τους; 3. Τι αποκαλούµε ποµπό και τι δέκτη; Εξηγήστε το παρακάτω σχήµα. 4. Τι παρουσιάζει το παρακάτω σχήµα. (α) (β) 5. Η µετάδοση της πληροφορίας γίνεται µε διάφορα συστήµατα µετάδοσης, ανάλογα µε το µέσο που χρησιµοποιούν. Ποια είναι αυτά; 6. Αναφέρατε τα βασικότερα συστήµατα επικοινωνιών που εξυπηρετούν διαφορετικές εφαρµογές. Σε τι διαφέρουν; 7. Τι περιλαµβάνουν τα µηνύµατα-πληροφορίες; 1. ιάβασµα 3.1

2 Μάθηµα 2ο Θέµα Σήµατα και συστήµατα 1. Με ποια µέσα γίνεται συνήθως η µετατροπή του φυσικού µεγέθους της πληροφορίας σε ηλεκτρική τάση ή ρεύµα; 2. Τι ονοµάζουµε βασικό σήµα στις τηλεπικοινωνίες; 3. Να εξηγήσετε πλήρως το σχήµα που περιγράφει τη µετατροπή και την επεξεργασία του σήµατος. 4. Έστω ότι το παραπάνω σχήµα περιγράφει το σύστηµα που αφορά την φωνητική επικοινωνία δύο ανταποκριτών µέσω καλωδίου (ενσύρµατα) και προς µια κατεύθυνση (µονόδροµη). Εξηγήστε τη λειτουργία του αφού σχεδιάσετε πρώτα το block διάγραµµά του. 5. Έστω ότι το σχήµα της ερώτησης 2 αναφέρεται στην αµφίδροµη φωνητική ενσύρµατη επικοινωνία δύο ανταποκριτών, δηλαδή αφορά την αποστολή και λήψη µηνύµατος προς τις δύο κατευθύνσεις µε µέσο µετάδοσης το ίδιο καλώδιο, όπως στην περίπτωση µιας τηλεφωνικής σύνδεσης. Εξηγήστε τη λειτουργία του αφού σχεδιάσετε πρώτα το block διάγραµµά του. 6. Έστω ότι το σχήµα της ερώτησης 2 αναφέρεται στη µονόδροµη αποστολή δεδοµένων από υπολογιστή µε καλώδιο οπτικής ίνας. Εξηγήστε τη λειτουργία του αφού σχεδιάσετε πρώτα το block διάγραµµά του. 7. Έστω ότι το σχήµα της ερώτησης 2 αναφέρεται στη ραδιοφωνία και την αποστολή µηνυµάτων οµιλίας και µουσικής ασύρµατα µε ηλεκτροµαγνητικό κύµα σε έναν ή περισσότερους ανταποκριτές ακροατές. Εξηγήστε τη λειτουργία του αφού σχεδιάσετε πρώτα το block διάγραµµά του. 8. Τι ονοµάζουµε τηλεπικοινωνιακό δίαυλο ή κανάλι; 1. ιάβασµα 3.2

3 Μάθηµα 3 ο Θέµα Τα ηλεκτρικά σήµατα ιάκριση σηµάτων 1. Πως παριστάνονται τα ηλεκτρικά σήµατα στην έξοδο των µέσων µετατροπής του φυσικού µεγέθους; 2. Πότε χρησιµοποιούµε τον παλµογράφο; 3. Τι ονοµάζουµε αναλογικό σήµα και ποια η διαφορά του µε το ψηφιακό ή το παλµικό σήµα; 4. Ποια στοιχεία των ηλεκτρικών σηµάτων πρέπει να γνωρίζουµε για να τα συγκρίνουµε; 5. Πως διακρίνονται τα σήµατα ανάλογα µε το χρόνο µεταβολής τους; 6. Τι ονοµάζουµε περιοδικό σήµα; Ποιος χρόνος είναι για το περιοδικό σήµα η περίοδος; Πως ορίζεται η συχνότητα ενός σήµατος; Σχεδιάστε περιοδικά σήµατα. 7. Ποιο είναι το πιο απλό περιοδικό σήµα; 8. Πως υπολογίζεται η ισχύς ενός ηµιτονικού σήµατος; 9. Ποια σήµατα ονοµάζονται µη περιοδικά; Να σχεδιάσετε ένα µη περιοδικό σήµα. 1. Ένα περιοδικό σήµα έχει περίοδο 0,5 µs. Να προσδιοριστεί η συχνότητα του. 2. Η συχνότητα ενός περιοδικού σήµατος είναι 60 khz. Να προσδιοριστεί η περίοδος του σήµατος. 3. Να δοθεί η έκφραση ενός ηµιτονικού σήµατος συχνότητας 100 khz και πλάτους 20 V. 4. Να υπολογιστεί η ισχύς ηµιτονικής τάσης, σε αντίσταση R = 50Ω, όταν το πλάτος του σήµατος είναι 15 Volt. 1. ιάβασµα 3.2 έως 3.3

4 Μάθηµα 4 ο Θέµα Ανάλυση σηµάτων Εύρος ζώνης λειτουργίας. Φίλτρα. 1. Τι ονοµάζουµε φάσµα; Σε τι διακρίνεται; 2. Στην περίπτωση της ανδρικής και της γυναικείας φωνής η ακουστική ποιότητα του σήµατος (χροιά) διαχωρίζεται; 3. Πότε χρησιµοποιείται ο αναλυτής φάσµατος; 4. Ανάλογα µε τις συχνότητες που περιέχει ένα σήµα, χαρακτηρίζεται και πιο ποιοτικό; 5. ώστε παραδείγµατα φασµάτων. Να σχεδιάσετε το φάσµα ακουστικών συχνοτήτων καθώς και το τηλεφωνικό φάσµα. 6. Τι ονοµάζουµε εύρος ζώνης λειτουργίας ενός ενισχυτή; 7. Ποια ηλεκτρονικά κυκλώµατα ονοµάζουµε φίλτρα; Πότε χρησιµοποιούνται τα φίλτρα; 8. Πως διακρίνονται τα φίλτρα ανάλογα µε το τµήµα του φάσµατος που επιλέγεται να ενισχυθεί; 9. Πως ονοµάζονται οι συχνότητες οι οποίες καθορίζουν πρακτικά το εύρος ζώνης ενός φιλτρου; 10. Τα καλώδια έχουν εύρος ζώνης; 1. Να σχεδιαστεί η απόκριση: Του χαµηλοπερατού φίλτρου µε fα = 2500 Hz. Του φίλτρου ζώνης µε fα 1 = 2000 Ηz, fα 2 = Hz. Του υψηλοδιαβατού φίλτρου µε fα = 7 khz. 1. ιάβασµα 3.4 έως 3.5

5 Μάθηµα 5 ο Θέµα Η ανάγκη της διαµόρφωσης Το ηλεκτροµαγνητικό κύµα. 1. Πως διαδίδεται το βασικό σήµα πληροφορίας µέσω του διαύλου µετάδοσης; Ποιες οι προϋποθέσεις διάδοσης των σηµάτων; 2. Είναι εφικτό να µετατρέψουµε απευθείας το ακουστικό σήµα σε ηλεκτροµαγνητικό κύµα έτοιµο για διάδοση στο χώρο; 3. Ποια η διαδικασία διαµόρφωσης; 4. Τι ονοµάζουµε φέρον σήµα; 5. Τι ονοµάζουµε αποδιαµόρφωση; 6. Τι ονοµάζουµε ηλεκτροµαγνητικό κύµα; 7. Τι ονοµάζουµε µήκος κύµατος; 8. Τι ονοµάζουµε πόλωση του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος; Πότε λέµε ότι το ηλεκτροµαγνητικό κύµα είναι πολωµένο οριζόντια, κατακόρυφα ή κυκλικά: Ποιο εξάρτηµα κατά τη µετάδοση του κύµατος καθορίζει το επίπεδο πόλωσης; 9. Πως συνδέονται οι εντάσεις του Η.Π. και του Μ.Π.; 10. Τι ονοµάζουµε πυκνότητα ισχύος και πως υπολογίζεται; 11. Πως µειώνεται η ισχύς του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος; 1. Να υπολογιστεί το µήκος κύµατος, όταν η συχνότητα του κύµατος είναι f = 150 MHz 2. Να υπολογιστεί η ταχύτητα του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος σε µέσον που παρουσιάζει σχετική διηλεκτρική σταθερά ε = 2,5. 3. Να υπολογιστεί το µήκος κύµατος, όταν η συχνότητα του είναι f = 40 MHz 4. Σε συγκεκριµένο σηµείο µετρούµε την ένταση του µαγνητικού πεδίου ηλεκτροµαγνητικού κύµατος Η = 1,2 Α/m. Να προσδιοριστεί στο συγκεκριµένο σηµείο η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου Ε. 5. Για τις τιµές του προηγούµενου προβλήµατος, να προσδιοριστεί στο ίδιο σηµείο η πυκνότητα ισχύος του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος. 1. ιάβασµα 3.6 έως 3.7.3

6 Μάθηµα Θέµα 6 ο Γενικά περί διαµορφώσεων ιαµόρφωση πλάτους ΑΜ µε φέρον 1. Τι ονοµάζουµε διαµόρφωση; 2. Ποιες οι ενδεικτικές διαµορφώσεις; 3. Να σχεδιάσετε παλµογραφική και φασµατική εικόνα δύο σηµάτων ενός τυχαίου και ενός ηµιτονικού. 4. Τι µορφής είναι το φέρον στις αναλογικές διαµορφώσεις και τι ισχύει για τη συχνότητά του; 5. Ποιο σήµα ονοµάζεται διαµόρφωσης και ποιο διαµορφωµένο φέρον; 6. Τι ονοµάζουµε διαµόρφωση πλάτους ΑΜ; 7. ώστε παραδείγµατα διαµορφωµένων φερόντων ηµιτονικού και τυχαίου ωφελίµου σήµατος. 8. Σχεδιάστε το block διάγραµµα διαµορφωτή ΑΜ; 9. Ποιες οι συναρτήσεις του ωφέλιµου, του φέροντος και του διαµορφωµένου φέροντος; 10. Τι ονοµάζουµε ποσοστό διαµόρφωσης; 11. Να δείξετε ότι το διαµορφωµένο φέρον αποτελείται από τρεις φασµατικές συχνότητες; Σχεδιάστε τα φάσµατα πριν και µετά την διαµόρφωση. 12. Ποιος ο διεθνής περιορισµός για την ΑΜ διαµόρφωση; 1. Ένα βασικό σήµα της µορφής s(t) = 10ηµ (2π t) διαµορφώνει φέρον M(t) = 25ηµ(2π.10 6 t). Να προσδιοριστεί το ποσοστό διαµόρφωσης και το φάσµα που προκύπτει (Οι συχνότητες δίνονται σε Hz, τα πλάτη σε Volt). 2. Ένα βασικό σήµα της µορφής s(t) = 12ηµ(2π10 3 t) + 6ηµ(2π t) διαµορφώνει κατά πλάτος ένα φέρον M(t) = 15συν(2π10 6 t). Να σχεδιαστεί το φάσµα. 1. ιάβασµα 3.8 έως ( σελίδα 38)

7 Μάθηµα Θέµα 7 ο 8 ο Ισχύς διαµορφωµένου φέροντος ιαµόρφωση πλάτους διπλής και απλής ζώνης χωρίς φέρον. 1. Πως υπολογίζουµε την ισχύ του διαµορφωµένου φέροντος; 2. Πως υπολογίζουµε την ωφέλιµη ισχύ; 3. Τι ονοµάζουµε αποτελεσµατικότητα της διαµόρφωσης D; Πότε έχουµε την µεγαλύτερη αποτελεσµατικότητα; Ποια η ουσιαστική σηµασία της αποτελεσµατικότητας D; 4. Πως βρίσκουµε το ποσοστό διαµόρφωσης απ ένα παλµογράφηµα; Τι θα παρατηρήσουµε αν στα δύο κανάλια του παλµογράφου συνδέσουµε το σήµα s(t) Χ και το διαµορφωµένο σήµα E(t) Υ, αφού γυρίσουµε το TIME/DIV στη λειτουργία Χ Υ; 5. Τι θα γίνει αν στον τύπο E( t) = { M 0+ S0 ηµ ( Ωt)} ηµ ( ω0t) του διαµορφωµένου σήµατος δεν συµπεριλαµβανόταν το πλάτος του φέροντος σήµατος; Πόση θα είναι τότε η ολική ισχύς του σήµατος; 6. Τι ονοµάζουµε διαµόρφωση διπλής ζώνης χωρίς φέρον DSBsc; ώστε το φάσµα αυτής της διαµόρφωσης; 7. Τι ονοµάζουµε διαµόρφωση απλής ζώνης χωρίς φέρον SSBsc; Τι αντιπροσωπεύουν οι όροι USB και LSB; Τι ισχύει για την ολική ισχύ; 8. Να συγκρίνετε τις ισχύεις των ΑΜ και SSB; Ποια από τις δύο είναι πιο αποτελεσµατική; 9. Ποια διαµόρφωση χρησιµοποιούµε στη ραδιοτηλεφωνία των βραχέων κυµάτων; 10. Τι συµβαίνει στο δέκτη στην περίπτωση της διαµόρφωσης SSB; 1. Να προσδιοριστεί η αποτελεσµατικότητα D µιας διαµόρφωσης ΑΜ, όταν το ποσοστό διαµόρφωσης είναι 90%. 2. Η ολική ισχύς ενός σήµατος διαµορφωµένου κατά πλάτος µε ποσοστό 60% είναι 150 Watt. Να προσδιοριστεί η ωφέλιµη ισχύς και η ισχύς κάθε πλάγιας ζώνης.

8 3. Στον παλµογράφο, στην εικόνα διαµορφωµένου AM φέροντος µετρούµε µέγιστη τάση 120 V και ελάχιστη 40 V. Να προσδιοριστεί το ποσοστό διαµόρφωσης του φέροντος. Να προσδιοριστούν επίσης τα πλάτη του σήµατος διαµόρφωσης και του αδιαµόρφωτου φέροντος, καθώς και η ολική ισχύς του σήµατος. 4. Η ολική ισχύς φέροντος διαµορφωµένου µε SSBsc είναι 100 Watt. Να προσδιοριστεί η ωφέλιµη ισχύς του σήµατος. 5. H ζώνη των µεσαίων εκτείνεται από 531 khz έως 1602 khz. Με τον περιορισµό της φασµατικής ζώνης των ακουστικών σηµάτων έως 4,5 khz, να προσδιοριστεί ο αριθµός των ραδιοφωνικών εκποµπών µε ΑΜ διαµόρφωση που µπορούν να συνυπάρξουν στην παραπάνω ζώνη. Να προσδιοριστεί επίσης πόσες θα ήταν αυτές οι εκποµπές, αν είχε υιοθετηθεί διαµόρφωση SSBsc. 1. ιάβασµα ( σελίδα 38) έως ( σελίδα 46)

9 Μάθηµα 9 ο Θέµα ιαµόρφωση συχνότητας FM 1. Τι είναι η διαµόρφωση FM; Ποια η σχέση που περιγράφει τη διαδικασία αυτής της διαµόρφωσης; 2. Τι δηλώνει ο συντελεστής k; 3. Ποιο µέγεθος καλείται µέγιστη απόκλιση συχνότητας; 4. Από ποιο τύπο υπολογίζεται ο δείκτης διαµόρφωσης; 5. Από τι εξαρτάται ο αριθµός των φασµατικών ακτινών της φασµατικής ζώνης του κατά FM διαµορφωµένου φέροντος. 6. ίνονται οι συντελεστές Bessel, να σχεδιάσετε το φάσµα της FM για m f =1,5 7. Να δοθεί η σχέση του Carson στην διαµόρφωση συχνότητας. Τι υπολογίζουµε απ αυτό τον τύπο; 8. Το BW f από τι εξαρτάται και γιατί µας ενδιαφέρει να έχουµε όσο το δυνατόν µεγάλο φάσµα; 9. Να δοθούν τα χαρακτηριστικά και οι τιµές της διαµόρφωσης FM στη ραδιοφωνία. 10. Τι ισχύει για την ισχύ στην FM διαµόρφωση; 11. Να συγκρίνετε τις διαµορφώσεις AM και FM; 12. Τι είδους ενισχυτής ισχύος πρέπει να χρησιµοποιηθεί στην έξοδο ποµπού µε διαµόρφωση AM; 13. Τι είδους ενισχυτής ισχύος µπορεί να χρησιµοποιηθεί µετά από διαµόρφωση FM; 1. Το φάσµα ενός ακουστικού σήµατος εκτείνεται από 500 Hz έως 6 khz. Ο δείκτης διαµόρφωσης m f που αντιστοιχεί στη µέγιστη συχνότητα είναι 4. Να προσδιοριστεί το εύρος της φασµατικής ζώνης µετά τη διαµόρφωση FM. 2. Φέρον συχνότητας f o = 100 MHz διαµορφώνεται κατά συχνότητα από σήµα s(t) = 3ηµ(2π t) (V). Ο διαµορφωτής παρουσιάζει κλίση k = 10 khz/volt. Να προσδιοριστεί η µέγιστη απόκλιση συχνότητας και ο δείκτης διαµόρφωσης m f. Να προσδιοριστούν επίσης το εύρος του φάσµατος και ο αριθµός των φασµατικών ακτινών στο φάσµα του διαµορφωµένου φέροντος.

10 3. Πόσοι ραδιοφωνικοί σταθµοί FM µπορούν να υπάρξουν στη ζώνη συχνοτήτων από 88 έως 108 MHz στην ίδια γεωγραφικά περιοχή; 1. ιάβασµα