ΔΕΚΤΗΣ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ FM

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ ΔΕΚΤΗΣ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ FM ΒΑΒΑΛΟΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Α.Ε.Μ.: 13243 1

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κύριο Σπύρο Νικολαΐδη για την επίβλεψη της πτυχιακής εργασίας και τον κύριο Μανώλη Νικολαΐδη για τη σημαντική και συνεχή βοήθεια σε όλα τα στάδια της κατασκευής του κυκλώματος και δημιουργίας αυτής της εργασίας. 2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Σκοπός Εργασίας.. 4 2. Εισαγωγή....4 3. Τηλεπικοινωνίες 5 4. Σήματα και βασικές έννοιες μεταφοράς τους... 6 5. Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα.. 8 5.1 Ορισμός Ηλεκτρομαγνητικού Κύματος... 8 5.2: Μετάδοση και Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων. 8 5.3: Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.. 9 6. Διαμόρφωση Σήματος. 11 6.1. Διαμόρφωση κατά πλάτος.. 11 6.2. Διαμόρφωση κατά συχνότητα... 16 7. Παραγωγή σημάτων διαμορφωμένων κατά συχνότητα.. 25 8. Πολλαπλασιασμός συχνότητας και εφαρμογή του σε σήματα FM 27 9. Αποδιαμορφωτής σημάτων FM.. 29 10. Στερεοφωνική μετάδοση σημάτων FM..... 34 11. Γενικά χαρακτηριστικά δέκτη ραδιοφωνικών σημάτων... 37 12. Γενική μορφή δέκτη FM... 39 13. Πρακτικό μέρος ραδιοφωνικού δέκτη... 41 14. Κύκλωμα δέκτη ραδιοφωνικών σημάτων..... 45 15. Ηλεκτρικά στοιχεία κυκλώματος.. 47 15.1. Αντιστάσεις.. 47 15.2. Πυκνωτές.. 49 15.3. Δίοδοι... 57 15.4. Διπολικά τρανζίστορ επαφής (BJT)..... 58 15.5. Πηνία.... 58 15.6. Φίλτρα.. 59 15.7. Κεραίες. 61 15.8. Μεγάφωνα 63 16. Βάση Κυκλώματος.... 67 17. Κατασκευή Κυκλώματος.. 70 18. Περίληψη.. 71 19. Βιβλιογραφία. 72 3

1: ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η κατασκευή ενός δέκτη ραδιοφωνικών σημάτων και η περιγραφή της λειτουργίας του. Η περιγραφή του μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη, το θεωρητικό, όπου γίνεται μία επεξήγηση βασικών χαρακτηριστικών για τη μεταφορά της πληροφορίας από ένα πομπό σε ένα δέκτη, και το πρακτικό, όπου γίνεται η ανάλυση και η επιλογή των εξαρτημάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος. Πιο περιληπτικά, το θεωρητικό υπόβαθρο ενός ραδιοφώνου σχετίζεται με τις Τηλεπικοινωνίες και τη μελέτη τους, ενώ το πρακτικό κομμάτι πραγματοποιείται με χρήση του κλάδου της Ηλεκτρονικής. Αποτέλεσμα είναι ο συνδυασμός των δύο αυτών κλάδων για την κατασκευή μίας συσκευής χρήσιμης για τις ανάγκες των ανθρώπων. 2: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ραδιόφωνο αποτελεί ένα μέσο επικοινωνίας των ανθρώπων, το οποίο έχει επεκταθεί στην ενημέρωση και την ψυχαγωγία. Η χρήση του ξεκίνησε στις αρχές του 20 ου αιώνα, αρχικά με τις πληροφορίες να διαδίδονται μέσω της διαμόρφωσης κατά πλάτος και αργότερα να χρησιμοποιείται η διαμόρφωση κατά συχνότητα, η οποία είχε σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της πρώτης, με αποτέλεσμα η ραδιοφωνία FM να εδραιωθεί μέχρι και τη σημερινή εποχή. Η χρήση του ραδιοφώνου βασίζεται στην ανάγκη του ανθρώπου για ασύρματη επικοινωνία, αποτελώντας την εξέλιξη του παλαιού τηλεγράφου. Πατέρας του ραδιοφώνου θεωρείται ο Γουλιέλμος Μαρκόνι, ο οποίος κατάφερε τη μετάδοση σημάτων Μορς μέσω ερτζιανών σημάτων σε απόσταση 3 χιλιομέτρων. Η χρήση του όμως βασίζεται στη μετάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, η μελέτη των ιδιοτήτων τους είχε γίνει από το Maxwell και αργότερα από το Hertz. Οι πρώτοι ραδιοφωνικοί δέκτες χαμηλού κόστους βγήκαν στην αγορά περίπου το 1926, βρίσκοντας μεγάλη ανταπόκριση από το κοινό. 4

Α ΜΕΡΟΣ 3: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Με τον όρο τηλεπικοινωνίες χαρακτηρίζεται η ανταλλαγή δεδομένων με οποιονδήποτε τρόπο και ανεξάρτητα από το μήκος της απόστασης. Η ανταλλαγή δεδομένων μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε ενσύρματα είτε ασύρματα, αλλά και με διάφορους άλλους τρόπους, μεταξύ τουλάχιστον δύο ανταποκριτών. Υπάρχουν διάφορα είδη πληροφοριών, τα βασικότερα των οποίων είναι: Οι ακουστικές πληροφορίες, δηλαδή ακουστικά και ηχητικά μηνύματα. Τα δεδομένα που ανταλλάσσονται μεταξύ υπολογιστικών συστημάτων. Οι οπτικές πληροφορίες (video). Υπάρχει διάκριση μεταξύ των ανταποκριτών σε μία επικοινωνία. Αυτός που στέλνει το μήνυμα ορίζεται ως πομπός και αυτός που λαμβάνει την πληροφορία ορίζεται ως δέκτης. Σε μία απλή επικοινωνία τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης είναι προσδιορισμένοι, όπως για παράδειγμα στην τηλεφωνία. Σε μία πιο σύνθετη επικοινωνία ενώ ο πομπός είναι προσδιορισμένος ο δέκτης ή οι δέκτες είναι αόριστοι, όπως για παράδειγμα στην ραδιοφωνία ή την τηλεόραση. Επίσης, υπάρχει διάκριση για τον τύπο της επικοινωνίας που εφαρμόζεται κάθε φορά. Η επικοινωνία μπορεί να είναι μονόδρομη, υπάρχει δηλαδή ένας πομπός και ένας ή και περισσότεροι δέκτες. Μπορεί όμως να είναι και αμφίδρομη. Στην περίπτωση αυτή ο πομπός μπορεί να λειτουργεί και σαν δέκτης ταυτόχρονα ενώ ο δέκτης μπορεί να λειτουργεί και σαν πομπός, αντίστοιχα. Παράδειγμα μιας αμφίδρομης επικοινωνίας είναι η ενσύρματη ή η κινητή τηλεφωνία. Το μέσον που επιλέγεται κάθε φορά για την επίτευξη μιας επικοινωνίας ποικίλλει. Σε μία ενσύρματη επικοινωνία βασικό μέσο είναι το καλώδιο μέσω του οποίου μεταφέρεται η πληροφορία σε μορφή ρεύματος. Αντίστοιχα, σε μία ασύρματη επικοινωνία η πληροφορία θα σταλεί μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όπως στην ραδιοφωνία ή τα ραντάρ. Υπάρχει και η μετάδοση πληροφορίας μέσω οπτικών μέσων όπου το μήνυμα μεταφέρεται με φως μέσω ενός γυάλινου αγωγού. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχουν μεγάλα δίκτυα επικοινωνίας που συνδυάζουν όλους τους παραπάνω τρόπους μετάδοσης πληροφορίας που αναφέρθηκαν. 5

4: ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥΣ Ως σήμα είναι δυνατό να οριστεί η πληροφορία που μεταδίδεται από κάποιο μέσο και παραλαμβάνει ο οποιοσδήποτε δέκτης ύστερα από μία συγκεκριμένη επεξεργασία που υπέστη ανάλογα με το είδος της επικοινωνίας και του μέσου μέσω του οποίου μεταδίδεται. Το σήμα ξεκινά από τον πομπό αφού επεξεργαστεί κατάλληλα, μεταφέρεται μέσω καλωδίου ή ασύρματα και καταλήγει στον δέκτη. Ο δέκτης με τη σειρά του κατέχει κάποιο σύστημα λήψης μέσα στο οποίο το σήμα θα υποστεί μία εκ νέου επεξεργασία ώστε να λάβει τελικά ο δέκτης το αρχικό σήμα που εξέπεμψε ο πομπός. Ο δέκτης αποδίδει το σήμα πληροφορία μέσω κάποιας συσκευής που μπορεί να είναι ένα μεγάφωνο, αν πρόκειται για ηχητικό σήμα είτε μια οθόνη αν πρόκειται για Σχήμα ή βίντεο. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα ηλεκτρικά σήματα. Το ηλεκτρικό σήμα είναι ένα ηλεκτρικό μέγεθος που λαμβάνει ο δέκτης μετά την επεξεργασία του και αντιπροσωπεύει το αρχικό μήνυμα του πομπού. Είναι ένα μεταβαλλόμενο μέγεθος που συμβολίζεται πάντα σε συνάρτηση με τον χρόνο: V(t) : μεταβαλλόμενη τάση I(t) : μεταβαλλόμενο ρεύμα f(t) : συμβολισμός σήματος Το ηλεκτρικό σήμα μπορεί επίσης να είναι αναλογικό ή ψηφιακό. Το αναλογικό είναι ένα συνεχές σήμα που λαμβάνει θετικές και αρνητικές τιμές, ενώ το ψηφιακό είναι ασυνεχές, χρησιμοποιώντας συνήθως μόνο θετικές τιμές. Τα σήματα διακρίνονται σε περιοδικά και μη περιοδικά. Ως περιοδικό ορίζεται το σήμα που επαναλαμβάνεται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Η μαθηματική παράσταση ενός περιοδικού σήματος είναι f(t)=f(t+nt). Δηλαδή, ένα σήμα θεωρείται περιοδικό όταν ισχύει η παραπάνω εξίσωση για κάθε χρόνο t και κάθε ακέραιο αριθμό n. Ένα περιοδικό σήμα μπορεί να διακριθεί σε ημιτονοειδές ή σε τετραγωνικό σήμα. Το ημιτονοειδές σήμα αναπαριστά σήμα αναλογικών συστημάτων ενώ το τετραγωνικό συνήθως αναπαριστά σήμα ψηφιακών συστημάτων. 6

Σχήμα 4.1: Παράδειγμα ημιτονοειδούς σήματος (Α: πλάτος σήματος, Τ: περίοδος) Σχήμα 4.2: Παράδειγμα τετραγωνικού σήματος Ένας πολύ χρήσιμος όρος επίσης για τη μελέτη των σημάτων είναι αυτός του φάσματος. Ως φάσμα ορίζεται το σύνολο των συχνοτήτων όλων των ημιτονικών σημάτων με συγκεκριμένα πλάτη που πρέπει να προστεθούν ώστε να δώσουν το αρχικό σήμα. Η χρήση της έννοιας του φάσματος ενισχύεται και από την ιδιότητα των ημιτονικών σημάτων, που μπορούν να μελετηθούν ανεξάρτητα το καθένα από τα υπόλοιπα, χωρίς αυτό να επηρεάσει τη μελέτη του συνολικού σήματος. Κατά τη μελέτη των διαμορφώσεων θα φαίνεται η χρησιμότητα αυτής της έννοιας. 7

5: ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ 5.1: Ορισμός ηλεκτρομαγνητικού κύματος Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι μια μορφή ενέργειας που προκύπτει από τον συνδυασμό ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου, που είναι κάθετα μεταξύ τους και κάθετα προς την διεύθυνση διάδοσης τους. Σύμφωνα με την φυσική κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα όταν διαρρέεται από εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα ακτινοβολεί ένα ποσοστό της ενέργειας που δέχεται σε μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος υπολογίζεται από τον τύπο: = / ε (5.1) όπου ε η διηλεκτρική σταθερά του υλικού μέσω του οποίου μεταφέρεται το ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Στο κενό η ταχύτητα διάδοσης του είναι = 300.000km/se = 3 10 8 m/se. Το πιο σημαντικό μέγεθος του ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι το μήκος κύματος (λ). Ως μήκος κύματος ορίζεται η απόσταση που διανύει ένα κύμα σε χρονικό διάστημα περιόδου Τ του ηλεκτρικού σήματος από το οποίο ξεκίνησε. Ισχύει: λ = T, (f=1/t) (5.2) 5.2: Μετάδοση και διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κατά την μετάβασή τους από την κεραία πομπού στην κεραία του δέκτη ακολουθούν δύο δρόμους. Ένα μέρος από αυτά διαδίδεται κατά μήκος της επιφάνειας της γης και ονομάζεται κύμα εδάφους και ένα άλλο μέρος εκπέμπεται υπό γωνία ως προς την επιφάνεια της γης. Ανακλάται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και ονομάζεται κύμα χώρου. Η απόσταση διάδοσης του κύματος εδάφους εξαρτάται από την μορφολογία του εδάφους (υγρό έδαφος μεγαλύτερη απόσταση διάδοσης) και από την συχνότητα του κύματος (μεγαλύτερη συχνότητα μικρότερη απόσταση διάδοσης γιατί αυξάνει η απορρόφηση). Οι ραδιοσυνδέσεις σε πολύ μεγάλες αποστάσεις γίνονται με τα κύματα χώρου και κυρίως στα βραχέα. Τα κύματα αυτά ανακλώνται στην ιονόσφαιρα και επιστρέφουν στη γη, εφόσον η συχνότητα τους είναι τέτοια ώστε να γίνεται η ανάκλαση. Μεταξύ του σημείου που το κύμα εδάφους μηδενίζεται και του σημείου που εμφανίζεται το κύμα χώρου μεσολαβεί μία περιοχή στην οποία η λήψη είναι αδύνατη και ονομάζεται ζώνη σιγής ή νεκρή ζώνη. Πολλές φορές φθάνει στον δέκτη και κύμα εδάφους και κύμα χώρου και επειδή τα κύματα αυτά διανύουν διαφορετικές αποστάσεις είναι δυνατόν να εμφανίζονται συμφασικά μεταξύ τους οπότε προστίθενται και όταν φθάνουν με διαφορά φάσης 8

180ο αφαιρούνται. Έτσι παρατηρούνται αυξομειώσεις του σήματος κατά την λήψη. Οι αυξομειώσεις αυτές ονομάζονται διαλείψεις. Η διάδοση των μακρών κυμάτων γίνεται αποκλειστικά με κύματα εδάφους γιατί τα κύματα χώρου απορροφώνται από την ιονόσφαιρα. Η απορρόφησή τους από την γη είναι πολύ μικρή γι αυτό διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις. Τα μεσαία κύματα διαδίδονται και με κύματα εδάφους αλλά και με κύματα χώρου. Τα κύματα χώρου όμως την ημέρα απορροφώνται από το πρώτο στρώμα της ιονόσφαιρας, ενώ τη νύχτα επειδή εξαφανίζεται αυτό το στρώμα διαδίδονται με κύματα χώρου και η απόσταση διάδοσης είναι μεγάλη. Τα βραχέα κύματα διαδίδονται βασικά με κύματα χώρου γιατί τα κύματα εδάφους έχουν μεγάλη απορρόφηση. Τα υπερβραχέα κύματα δεν ανακλώνται από την ιονόσφαιρα αλλά την διαπερνούν και χάνονται στο διάστημα. Επίσης, τα κύματα εδάφους έχουν μεγάλη απορρόφηση από την γη, δηλαδή τα κύματα αυτά δεν πάνε σε μεγάλες αποστάσεις και η ραδιοσύνδεση επιτυγχάνεται μόνο με οπτική επαφή της κεραίας πομπού με την κεραία του δέκτη. 5.3: Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα επινοήθηκε από τους επιστήμονες για να διευκολυνθεί η μελέτη της συμπεριφοράς των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτό το φάσμα το χώρισαν σε τμήματα ανάλογα με την συχνότητα του κάθε κύματος. Το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που χρησιμοποιείται για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων βρίσκεται μεταξύ των συχνοτήτων 10kHz και 100GHz με μήκη κύματος από 30000 km μέχρι 1mm. Οι συχνότητες που ενδιαφέρουν για τη διάδοση σήματος ραδιοφωνίας είναι στις πολύ υψηλές συχνότητες VHF (Very High Frequeny) 30-300MHz και στις εξαιρετικά υψηλές συχνότητες UHF (Ultra High Frequeny) 300-3000MHz. Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται στη ραδιοφωνία FM (88-108MHz) ανήκουν στη ζώνη συχνοτήτων VHF. Οι κατηγορίες στις οποίες χωρίζονται τα σήματα φαίνονται στον πίνακα 5.1. Στη διάδοση σημάτων σ αυτές τις ζώνες συχνοτήτων υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους το σήμα φτάνει από τον σταθμό εκπομπής στην κεραία του δέκτη. Οι αποστάσεις που μπορεί να καλύψει το σήμα μπορούν να φτάσουν σε απόσταση ακόμα και εκατοντάδων ή και χιλιάδων χιλιομέτρων, ανάλογα με τη διαδρομή που θα ακολουθήσει το σήμα. Σ αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφερθεί πως κατά την μετάδοση σήματος από κάποιον πομπό όταν η απόστασή του διπλασιάζεται από την πηγή το κύμα γίνεται τέσσερις φορές ασθενέστερο. 9

Πίνακας 5.1: Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα α/α Ζώνη Συχνοτήτων Ονομασία Συμβολισμός (Hz) 1 100-3 10 3 Άκρως χαμηλές συχνότητες ELF 2 3 10 3-30 10 3 Υπέρμακρα VLF 3 30 10 3-300 10 3 Μακρά LF 4 300 10 3-3 10 6 Μεσαία MF 5 3 10 6-30 10 6 Βραχέα HF 6 30 10 6-300 10 6 Υπερβραχέα VHF 7 300 10 6-3 10 9 Δεκατομετρικά Μικροκύματα UHF 8 3 10 9-30 10 9 Εκατοστομετρικά Μικροκύματα SHF 9 30 10 9-300 10 9 Χιλιοστομετρικά Μικροκύματα EHF 10 300 10 9 400 10 12 Υπέρυθρη Ακτινοβολία IR 11 400 10 12 800 10 12 Ορατή Ακτινοβολία - 12 800 10 12-3 10 17 Υπεριώδης Ακτινοβολία UV 13 3 10 17-5 10 19 Ακτίνες Χ X 14 5 10 19-3 10 22 Ακτίνες γ γ 15 3 10 22 - Κοσμικές Ακτίνες - Ως ραδιοφωνικό φάσμα ορίζεται το άθροισμα των συχνοτήτων, των μεταδιδόμενων ημιτονικών σημάτων με συγκεκριμένα πλάτη, το οποίο μας δίνει το αρχικό σήμα. s(t) = A 1 sin(ωt+φ 1 ) + Α 2 sin(2ωt+φ 2 ) + Α 3 sin(3ωt+φ 3 ) + (5.3) Όπως φαίνεται στην παραπάνω παράσταση η φάση είναι διαφορετική κάθε φορά. Το πλάτος του κάθε ημιτονικού σήματος προσδιορίζει την ακουστική ποιότητα του σήματος. Όσο πιο πλούσιο ή φτωχό σε συχνότητες είναι το φάσμα ενός σήματος τόσο μεγαλύτερη ή μικρότερη είναι η ποσότητα της πληροφορίας που περιέχει το σήμα. 10

6: ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΗΜΑΤΟΣ Για αποδοτικότερη μετάδοση ενός σήματος, αλλά και τη δυνατότητα παράλληλης μετάδοσης πολλών σημάτων χρησιμοποιείται η τροποποίησή του, δηλαδή η ενσωμάτωση του σήματος σε κάποιο άλλο υψηλότερης συχνότητας που το φέρει κατά τη μετάβασή του από τον πομπό στο δέκτη. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται διαμόρφωση σήματος. Υπάρχουν δύο είδη τέτοιας διαμόρφωσης, η διαμόρφωση κατά πλάτος (ΑΜ), η οποία ήταν και η πρώτη που χρησιμοποιήθηκε, και η διαμόρφωση κατά συχνότητα (FM), με τα πλεονεκτήματα που είχε έναντι της ΑΜ διαμόρφωσης να την καθιστούν ως το βασικό τρόπο διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται στα σύγχρονα ραδιόφωνα. Ο δέκτης που κατασκευάστηκε για τις ανάγκες της εργασίας αποτελεί δέκτη FM σημάτων. Σχήμα 6.1: Γενική μορφή διαμόρφωσης σήματος Πριν γίνει ανάλυση της διαμόρφωσης κατά συχνότητας, θα ήταν σκόπιμο να γίνει μία μικρή περιγραφή της διαμόρφωσης κατά πλάτος, καθώς κάποια χαρακτηριστικά της συναντώνται στους FM πομπούς και δέκτες. 6.1: Διαμόρφωση κατά πλάτος Σε αυτό τον τύπο διαμόρφωσης, το σήμα που υπάρχει στο φέρον μεταβάλλει το πλάτος του δεύτερου, σύμφωνα με την απλή σχέση: t 1 mt os t A (6.1) Η δημιουργία αυτού του διαμορφωμένου φέροντος γίνεται μέσω του πολλαπλασιασμού των δύο σημάτων. Η διαδικασία αυτή ουσιαστικά μετατοπίζει τη συχνότητα του σήματος που θα διαδοθεί κατά τη συχνότητα του φέροντος. Ο πολλαπλασιασμός μπορεί να κατανοηθεί, αν υποτεθεί πως τα δύο σήματα που πολλαπλασιάζονται έχουν ημιτονοειδείς κυματομορφές. Έτσι, αν το ένα σήμα (διαδιδόμενο) έχει τη μορφή: 11

t Ενώ το φέρον έχει τη μορφή: A os t A os 2f t (6.2) m t m m A os t A os 2f t (6.3) Ο πολλαπλασιασμός των δύο αυτών σημάτων υ m (t) υ (t) θα γίνεται με χρήση της ταυτότητας: osαosβ = (1/2)os(α+β) + (1/2)os(α-β), επομένως θα ισχύει: m m m A A m t t os t os t 2 m m (6.4) Το αποτέλεσμα αυτό δείχνει πως το γινόμενο των δύο σημάτων έχει χωριστεί σε δύο συχνότητες, μία που αποτελεί το άθροισμα των δύο αρχικών (άνω πλευρική ζώνη) και μία που αποτελεί τη διαφορά τους (κάτω πλευρική ζώνη), με το πλάτος της κάθε συνιστώσας να είναι το μισό του γινομένου των πλατών των αρχικών σημάτων. Σχήμα 6.1: Συχνότητες σημάτων διαμορφωμένων κατά πλάτος Η διαδικασία αυτή μπορεί να γίνει και με περισσότερα σήματα που διαδίδονται, τα οποία καταλαμβάνουν διάφορες θέσεις γύρω από τη συχνότητα του φέροντος, με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η ταυτόχρονη διάδοση πολλών σημάτων. Πολλαπλασιασμός όμως μπορεί να γίνει και με ένα πραγματικό σήμα, το οποίο είναι μη περιοδικό και έχει πεπερασμένη ενέργεια. Αν θεωρηθεί πως το σήμα αυτό m(t) βρίσκεται στην περιοχή συχνοτήτων από 0 έως f m, τότε το σήμα αυτό μετατοπίζεται γύρω από τη συχνότητα του φέροντος. Με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Fourier του πραγματικού αυτού σήματος (που μπορεί να προκύψει από ένα ακουστικό σήμα, δηλαδή ήχο που πρέπει να μεταδοθεί), που είναι: Μ(jω) = F[m(t)] (6.5) 12

Το σήμα που προέκυψε από τον πολλαπλασιασμό θα είναι: F 1 os (6.6) 2 mt t M j j M j j Σχήμα 6.2: Πραγματικό σήμα διαμορφωμένο κατά συχνότητα Η φασματική περιοχή που καταλαμβάνεται από το σήμα που διαδίδεται ονομάζεται περιοχή συχνότητας βασικής ζώνης ή βασική ζώνη. Η λειτουργία του πολλαπλασιασμού αυτού του σήματος με ένα βοηθητικό ημιτονοειδές σήμα ονομάζεται μίξη ή ετεροδύνωση. Στο μετατοπισμένο σήμα, το μέρος του σήματος που αποτελείται από συνιστώσες πάνω από το βοηθητικό σήμα, αποτελεί την άνω πλευρική ζώνη, ενώ το μέρος που αποτελείται από τις συνιστώσες κάτω από το βοηθητικό σήμα, αποτελεί την κάτω πλευρική ζώνη. Το βοηθητικό σήμα είναι το φέρον, το οποίο και μεταφέρει το βασικό σήμα που υπάρχει σκοπός να μεταδοθεί. Η διαδικασία αυτή αποτελεί ουσιαστικά τη διαμόρφωση κατά πλάτος, με την τάση που φτάνει στο δέκτη να έχει τη μορφή της σχέσης (6.1). Για την αποδιαμόρφωση του μετατοπισμένου σήματος που προέκυψε από τον πολλαπλασιασμό, γίνεται πολλαπλασιασμός του δέκτη του σήματος αυτού με το φέρον, από όπου προκύπτει ξανά το αρχικό σήμα που μεταδίδεται. Το φέρον αυτό είναι δύσκολο να παραχθεί από το δέκτη, δηλαδή να είναι ακριβώς ίδιο με το αυτό που δημιουργήθηκε στον πομπό, με αποτέλεσμα να απαιτούνται πολύπλοκα και ακριβά κυκλώματα. Η αποδιαμόρφωση παρουσιάζεται με την απλή μαθηματική σχέση, στην περίπτωση των απλών ημιτονικών σημάτων: (6.7) 1 1 m t m t os 2 t os 2 t 2 2 2 2 2 mt os t os t mt os t mt Έτσι, αναπαράγεται ξανά το αρχικό σήμα που έπρεπε να μεταφερθεί. Μαζί με αυτό παράγεται φυσικά και ένα νέο διαμορφωμένο φέρον, με διπλάσια συχνότητα από το αρχικό φέρον, με αποτέλεσμα να είναι εύκολη η απόρριψή του με τη βοήθεια ενός 13

βαθυπερατού φίλτρου, ώστε να μην αποτελεί κάποιο πρόβλημα στη λειτουργία του δέκτη που αναπαράγει το αρχικό σήμα. Η υλοποίηση της αποδιαμόρφωσης αυτής μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση ενός απλού κυκλώματος, που αποτελείται από μία δίοδο D και το συνδυασμό αντίστασης-πυκνωτή RC, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Για απλότητα μπορεί να υποτεθεί πως το διαμορφωμένο σήμα προέρχεται από πηγή τάσης μηδενικής εσωτερικής αντίστασης και ότι η δίοδος είναι ιδανική, δηλαδή με μηδενική ή άπειρη αντίσταση, ανάλογα με το αν το ρεύμα της διόδου είναι θετικό ή η τάση της διόδου αρνητική. Έτσι, δεν θα υπάρχουν αποκλίσεις από τις απλές ιδανικές λειτουργίες τους. Σχήμα 6.3: Αποδιαμορφωτής διόδου Αν η αντίσταση R δεν υπήρχε, ο πυκνωτής θα φορτιζόταν μέχρι την κορυφή της θετικής τιμής της τάσης του φέροντος (σε περίπτωση που αυτό είχε σταθερό πλάτος). Έτσι, ο πυκνωτής φορτίζεται πλήρως και η δίοδος δεν άγει ξανά. Εάν όμως η τάση εισόδου αυξάνεται, η δίοδος άγει και ο πυκνωτής φορτίζεται μέχρι τη νέα υψηλότερη τιμή της θετικής τάσης. Έτσι ο πυκνωτής μπορεί να ακολουθεί τις αλλαγές της τάσης στην είσοδο. Για τις περιόδους που μειώνεται η τάση στην είσοδο, ο πυκνωτής πρέπει να εκφορτίζεται, λειτουργία για την οποία χρησιμοποιείται η αντίσταση R. Έτσι, ο πυκνωτής φορτίζεται μέχρι την κορυφή της τιμής τάσης του σήματος εισόδου και εκφορτίζεται ελαφρώς μεταξύ των κύκλων του σήματος. Η σταθερά χρόνου RC επιλέγεται έτσι ώστε να είναι τουλάχιστον ίση με τη μείωση του πλάτους του φέροντος μεταξύ των κύκλων. 14

Σχήμα 6.4: Τάση εξόδου του αποδιαμορφωτή διόδου Έτσι, η τάση του πυκνωτή ακολουθεί την περιβάλλουσα του φέροντος, αν και υπάρχουν αποκλίσεις, που εμφανίζονται ως πριονωτή κυματομορφή. Αυτές οι αποκλίσεις όμως είναι μικρές, αφού το χρονικό διάστημα μεταξύ των κύκλων είναι αρκετά μικρό σε σχέση με το χρόνο που χρειάζεται η περιβάλλουσα για να παρουσιάσει κάποια ουσιαστική αλλαγή. Μάλιστα, επειδή η συχνότητα του φέροντος είναι αρκετά υψηλότερη από την υψηλότερη συχνότητα του αρχικού σήματος, η πριονωτή παραμόρφωση μπορεί να αφαιρεθεί εύκολα με ένα φίλτρο. Το μειονέκτημα του απλού αυτού τρόπου αποδιαμόρφωσης είναι ότι θέτει έναν περιορισμό, δηλαδή ότι το αρχικό σήμα πρέπει να είναι m 1, ώστε να μην αντιστρέφει την τιμή του φέροντος και η δίοδος σταματά να άγει στα σημεία που το αρχικό σήμα έχει τιμές κοντά στη μέγιστη αρνητική και αυτές οι τιμές χαθούν στο δέκτη. Το κύκλωμα αυτό αποτελεί φυσικά έναν πολύ απλό τρόπο αποδιαμόρφωσης, βοηθώντας περισσότερο στην κατανόηση της ανάκτησης του αρχικού σήματος παρά έχοντας μεγάλη χρησιμότητα. Για τη λειτουργία αυτή χρησιμοποιούνται πολύπλοκα κυκλώματα σύγχρονων αποδιαμορφωτών, που εφαρμόζουν τον πολλαπλασιασμό του διαμορφωμένου φέροντος με το ίδιο φέρον. Ακόμα και για τους σύγχρονους αποδιαμορφωτές όμως, είναι απαραίτητο να λαμβάνουν μόνο το διαμορφωμένο σήμα, χωρίς να υπάρχει μαζί το αρχικό και το φέρον, η καταστολή των οποίων θα ήταν πολύ δύσκολη, αφού θα απαιτούσαν τη χρήση πολύ στενών φίλτρων, τα οποία δύσκολα παράγονται. Έτσι, είναι σκόπιμο να γίνεται η αποκοπή αυτών των συνιστωσών στον πομπό, κάτι που επιτυγχάνεται εύκολα με τους ισοσταθμισμένους αποδιαμορφωτές. Ένας ισοσταθμισμένος αποδιαμορφωτής αποτελεί ουσιαστικά το συνδυασμό δύο διαμορφωτών πλάτους, έναν που χρησιμοποιεί τις θετικές τιμές του φέροντος και του αρχικού σήματος και έναν που χρησιμοποιεί τις αρνητικές τιμές τους, τα αποτελέσματα των οποίων συνδυάζονται σε έναν αθροιστή, από τον οποίο προκύπτει μόνο το διαμορφωμένο φέρον, χωρίς να υπάρχει το φέρον ή το αρχικό σήμα. Στον αθροιστή γίνεται απλά η πρόσθεση των δύο διαμορφωμένων κατά πλάτος σημάτων, ως εξής: (6.8) 15

A 1 m( t) os t m( t) A 1 m( t) os t m( t) 2m( t) A os t Σχήμα 6.5: Ισοσταθμισμένος διαμορφωτής Φυσικά και πάλι εξέρχονται μικρές τιμές του φέροντος και του αρχικού σήματος, λόγω ατελειών των κυκλωμάτων που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση του ισοσταθμισμένου διαμορφωτή, αλλά αυτές οι τιμές είναι αμελητέες και δεν επηρεάζουν τη λειτουργία του αποδιαμορφωτή στο δέκτη. Τέλος, αξίζει να αναφερθεί πως είναι διαδομένα τα διαμορφωμένα σήμα μονής πλευρικής ζώνης, καθώς το αρχικό σήμα μπορεί να ανακτηθεί με τον ίδιο τρόπο από τους σύγχρονους αποδιαμορφωτές πολλαπλασιασμού, ενώ επιτυγχάνεται έτσι και εξοικονόμηση χώρου στο χώρο των φασμάτων των συχνοτήτων, με αποτέλεσμα να μπορούν να μεταφερθούν δύο τέτοια σήματα αντί για ένα απλό. Η δημιουργία του υλοποιείται εύκολα με τη χρήση ενός φίλτρου που αποκόπτει την άνω ή την κάτω πλευρική ζώνη στο σήμα που δημιουργείται από τον ισοσταθμισμένο αποδιαμορφωτή. 6.2: Διαμόρφωση κατά συχνότητα Αν και η διαμόρφωση κατά πλάτος παρουσιάζει κάποιες πρακτικές ευκολίες, όπως και τη δυνατότητα μεταφοράς σε μεγάλες αποστάσεις, τα σύγχρονα ραδιόφωνα χρησιμοποιούν συστήματα διαμόρφωσης κατά συχνότητα, καθώς σε αυτά οι διάφορες παραμορφώσεις που συμβαίνουν στο σήμα που μεταφέρεται είναι μικρότερες και αντιμετωπίζονται πιο αποτελεσματικά. Για παράδειγμα, υπάρχει καλύτερη ποιότητα ήχου στο δέκτη ενός συστήματος FM από ότι σε ένα αντίστοιχο σύστημα AM. 16

Η διαμόρφωση κατά πλάτος αποτελεί κατά κύριο λόγο γραμμική διαμόρφωση και σε αυτήν μπορούν να εφαρμοστεί υπέρθεση διάφορων σημάτων. Αντίθετα, στη διαμόρφωση συχνότητας δεν μπορεί να εφαρμοστεί υπέρθεση, καθώς δεν είναι γραμμική. Οι φασματικές συνιστώσες δεν εξαρτώνται μόνο από τη συχνότητα, όπως συμβαίνει στη διαμόρφωση κατά πλάτος, αλλά και από το πλάτος των φασματικών συνιστωσών του σήματος βασικής ζώνης. Εδώ, η φασική γωνία ενός φέροντος σταθερού πλάτους αναγκάζεται να αποκρίνεται με κάποιον τρόπο σε ένα σήμα βασικής ζώνης, όπου προκύπτει η μαθηματική μορφή: u( t) Aos t ( t) (6β.1) Όπου το πλάτος Α και η γωνιακή ταχύτητα ω είναι σταθερά, αλλά η φασική γωνία φ(t) είναι συνάρτηση του σήματος βασικής ζώνης. Η διαμόρφωση αυτή ονομάζεται επίσης διαμόρφωση γωνίας ή διαμόρφωση φάσης, αναλόγως με τον τρόπο που δημιουργείται το διαμορφωμένο φέρον, δηλαδή την εξάρτηση της φασικής γωνίας από το σήμα βασικής ζώνης. Σχήμα 6β.1: Γραφική παράσταση διαμόρφωσης γωνίας Η διαμόρφωση κατά συχνότητα φαίνεται στην εξής σχέση: f 1 d 1 d t ( t) ( t) (6β.2) 2 dt 2 2 dt Συνήθως όμως η αναλογία της φασικής γωνίας είναι με την απόκλιση της στιγμιαίας συχνότητας από τη συχνότητα του φέροντος, δηλαδή: 17

d( t) dt 2 f f (6β.3) Σε αυτό το σημείο θα ήταν χρήσιμο να επισημανθεί η διαφορά διαμόρφωσης φάσης και συχνότητας. Αυτή σχετίζεται με τον τρόπο με τον οποίο υλοποιείται η διαμόρφωση. Για τη διαμόρφωση συχνότητας, το σήμα βασικής ζώνης περνά στο στάδιο της διαμόρφωσης, αφού πρέπει έχει ολοκληρωθεί από ένα κύκλωμα που τελεί αυτή τη λειτουργία. Δηλαδή το διαμορφωμένο σήμα θα έχει τη μορφή: t u ( t) A os t k m( t) dt (6β.4) Όπου k σταθερά, με τη στιγμιαία γωνιακή ταχύτητα να είναι: t d t k m( t) dt km( t) dt (6β.5) Επομένως, η απόκλιση της στιγμιαίας συχνότητας από τη συχνότητα του φέροντος θα είναι: k f f m( t) (6β.6) 2 Αυτή η σχέση αποδεικνύει πως έχει επιτευχθεί με αυτό τον τρόπο διαμόρφωση κατά συχνότητα, δηλαδή με συνδυασμό ενός ολοκληρωτή και ενός διαμορφωτή φάσης. Αντίθετα, ο συνδυασμός ενός διαφοριστή και ενός διαμορφωτή συχνότητας θα δώσει ένα σήμα διαμορφωμένο κατά φάση, δηλαδή ένα σήμα στο οποίο η απόκλιση φάσης από το φέρον θα είναι ανάλογη του σήματος βασικής ζώνης. 18

Σχήμα 6β.2: Γενικές μορφές διαμόρφωσης κατά συχνότητα και κατά φάσης Θα ήταν καλό να επισημανθεί εδώ πως ο ορισμός απόκλιση συχνότητας αναφέρεται στη μέγιστη απόκλιση της στιγμιαίας συχνότητας από τη συχνότητα του φέροντος. Αντίστοιχα ορίζεται και η απόκλιση φάσης. Εάν υποτεθεί, για ευκολία κατανόησης, πως το σήμα βασικής ζώνης είναι ένα ημιτονικό σήμα, τότε αυτό θα έχει τη μορφή: u( t) Aos t sin t (6β.7) Είναι προφανές ότι το πλάτος του ημιτονικού σήματος βασικής ζώνης αποτελεί τη μέγιστη απόκλιση φάσης, αποκαλούμενο και ως δείκτης διαμόρφωσης. Η στιγμιαία συχνότητα θα είναι: m f m os mt f f m os mt (6β.8) 2 2 Η μέγιστη απόκλιση συχνότητας θα ορίζεται ως: f f m (6β.9) Έτσι, η εξίσωση για το διαμορφωμένο σήμα μπορεί να γραφεί με βάση την απόκλιση συχνότητας: 19

f u( t) Aos t t sin m (6β.10) f m Με τη βοήθεια της απόκλισης συχνότητας μπορεί να βρεθεί και το φάσμα ενός σήματος διαμορφωμένου κατά πλάτος. Θεωρώντας το πλάτος μοναδιαίο, η εξίσωση (6β.7) μπορεί να αναλυθεί στην: os t sin t os t os sin t sin t sin sin t (6β.11) Από την εξίσωση αυτή, η σχέση os(βsinω m t) είναι μία άρτια, περιοδική συνάρτηση με γωνιακή συχνότητα ω m. Επομένως, υπάρχει η δυνατότητα να γραφτεί ως σειρά Fourier, όπου ω m /2π είναι η θεμελιώδης συχνότητα. Το αποτέλεσμα που προκύπτει από την ανάλυση Fourier αυτής της συνάρτησης είναι: (6β.12) m sin t J 2J os 2 t 2J os 4 t... 2J os 2n t... os m 2 m 4 m 2 0 n m Σε αυτή τη σχέση οι συντελεστές των περιττών αρμονικών είναι 0, καθώς η συνάρτηση είναι άρτια. Αντίστοιχα μπορεί να γίνει ανάλυση της σειράς Fourier για τη συνάρτηση sin(βsinω m t), η οποία είναι περιττή συνάρτηση. Η σειρά Fourier λοιπόν θα είναι: (6β.13) sin t 2J sin t 2J sin3 t... 2J sin2n 1 t... sin m m 3 m 2n 1 1 m Σε αυτήν την εξίσωση, οι άρτιες συνιστώσες είναι μηδενικές. Οι συναρτήσεις J n (β) που εμφανίζονται είναι οι συναρτήσεις Bessel του πρώτου είδους και τάξης n, με τις τιμές τους να έχουν υπολογιστεί και να δίνονται. m 20

Σχήμα 6β.3α: Μέγεθος συναρτήσεων Bessel σε αναλογία με το δείκτη διαμόρφωσης Σχήμα 6β.3β: Μέγεθος συναρτήσεων Bessel σε αναλογία με το δείκτη διαμόρφωσης Χρησιμοποιώντας αυτές τις σειρές λοιπόν στην αρχική εξίσωση (6β.11), μαζί με τις δύο παρακάτω τριγωνομετρικές σχέσεις, προκύπτει ότι: os A os B 1 os( 2 1 A B) os 2 A B 21

u( J J 1 1 sin Asin B osa B osa B (6β.14) 2 2 t) J 0 os t os m t os m t J 2 os 2 m t os 2 m t os 3 t os 3 t.. 1 3 m m Από τη σχέση που προέκυψε φαίνεται πως το φάσμα αποτελείται από ένα φέρον με πλάτος J 0 (β) και μια ομάδα πλευρικών ζωνών τοποθετημένων συμμετρικά σε κάθε πλευρά του φέροντος σε διαστήματα συχνότητας ω m, 2ω m, 3ω m, Σε αντίθεση λοιπόν με τη διαμόρφωση κατά πλάτος, όπου υπάρχει ένα ζεύγος πλευρικών ζωνών, εδώ εμφανίζονται ομάδες πλευρικών ζωνών. Εάν υπάρχει μόνο το φέρον, δηλαδή εάν β=0, τότε προφανώς J 0 (β) = 1 και δεν υπάρχει διαμόρφωση. Όταν όμως το β γίνεται μεγαλύτερο του μηδενός, τότε οι πλευρικές ζώνες αρχίζουν να αποκτούν πλάτος που συγκρίνεται με το πλάτος του φέροντος. Για μικρό συντελεστή β, υπάρχει η πρώτη πλευρική ζώνη, ενώ όσο μεγαλώνει το β αποκτούν σημαντικό πλάτος και υψηλότερες πλευρικές ζώνες. Το πλάτος αυτό το αποκτούν σε βάρος του πλάτους του φέροντος, δηλαδή η ενέργεια του σήματος μοιράζεται και στις υπόλοιπες συνιστώσες. Έτσι, όποια μορφή και να έχει η διαμόρφωση κατά συχνότητα, η συνολική ισχύς της παραμένει σταθερή. 22

Σχήμα 6β.4: Ένταση πλευρικών ζωνών σε σχέση με την τιμή του δείκτη διαμόρφωσης Επειδή όμως η μελέτη ενός FM σήματος είναι δύσκολη, καθώς σε ένα πραγματικό τέτοιο σήμα ο αριθμός των πλευρικών ζωνών είναι άπειρος, γίνεται ένας πρακτικός συμβιβασμός, ώστε να λαμβάνονται υπόψη από τα συστήματα των δεκτών οι πλευρικές ζώνες που φέρουν συνολικά το 98 % της συνολικής ισχύος. Έχει βρεθεί πειραματικά πως η παραμόρφωση με τη λήψη μόνο αυτών των ζωνών είναι ανεκτή. Το πλεονέκτημα του συμβιβασμού αυτού είναι πως το μεγαλύτερο ποσοστό της ισχύος υπάρχει στο φέρον και στις πρώτες ομάδες πλευρικών ζωνών. Το απαιτούμενο εύρος ζώνης λοιπόν για μετάδοση ή λήψη ενός ημιτονοειδούς διαμορφωμένου σήματος FM έχει βρεθεί ότι είναι: B = 2(β+1)f m (6β.16) Μία πρακτική μορφή για το εύρος ζώνης είναι η: B = 2(Δf + f m ) (6β.17) Η σχέση αυτή ονομάζεται κανόνας του Carson, σύμφωνα με τον οποίο, το εύρος ζώνης είναι δύο φορές το άθροισμα της μέγιστης απόκλισης συχνότητας συν τη συχνότητα διαμόρφωσης. 23

Από τη σχέση αυτή προκύπτει επίσης πως ο συντελεστής β καθορίζεται από το μέγιστο επιτρεπόμενο εύρος ζώνης και τη συχνότητα διαμόρφωσης. Δηλαδή, για βελτίωση του λαμβανόμενου σήματος, δηλαδή μεγαλύτερο β, πρέπει να μειωθεί το εύρος ζώνης του φάσματος συχνοτήτων, επομένως πρέπει να υπάρξει ένας συμβιβασμός ανάμεσα σε αυτά τα δύο μεγέθη κατά τη μετάδοση διαμορφωμένων FM σημάτων. Αντίθετα, για σχετικά μικρό συντελεστή β, παρατηρείται πως υπάρχει μόνο η πρώτη ομάδα πλευρικών ζωνών, φαινόμενο γνωστό ως διαμόρφωση γωνίας στενής ζώνης. Η διαμόρφωση αυτή θυμίζει τη διαμόρφωση κατά πλάτος. Η NBFM έχει τη μορφή (προσεγγιστικά): u( t) os t sin t sin t (6β.18) Ενώ η AM διαμόρφωση μπορεί να πάρει τη μορφή: u( t) os t msin t os t (6β.19) Η διαφορά σε αυτές τις δύο είναι ότι οι όροι που περιλαμβάνουν τη συχνότητα του φέροντος στη NBFM παρουσιάζουν ορθογωνική σχέση, ενώ οι όροι που περιλαμβάνουν τη συχνότητα του φέροντος στην ΑΜ διαμόρφωση παρουσιάζουν συμφασική σχέση. Παρόλα αυτά όμως, η διαμόρφωση στενής ζώνης έχει τη δυνατότητα της υπέρθεσης διαφόρων σημάτων, όπως γίνεται στη διαμόρφωση κατά πλάτος. Στη διαμόρφωση ευρείας ζώνης όμως η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη και δεν μπορούν να γίνουν εύκολα υπολογισμοί. Υπάρχει μόνο μία προσεγγιστική έκφραση, σύμφωνα με την οποία η φασματική πυκνότητα ισχύος μιας κυματομορφής WBFM καθορίζεται και έχει την ίδια μορφή με τη συνάρτηση πυκνότητας της διαμορφώνουσας κυματομορφής. Η έκφραση αυτή αποδεικνύεται βοηθητική για τον υπολογισμό του απαραίτητου εύρους ζώνης μίας τέτοιας διαμόρφωσης. m 24

7: ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΜΟΡΦΩΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ Εφόσον ένα σήμα διαμορφωμένο κατά συχνότητα, αποτελείται από ένα σήμα του οποίου η φάση εξαρτάται από το σήμα που μεταφέρεται, η παραγωγή του μπορεί να γίνει με τη δημιουργία του φέροντος από κύκλωμα του οποίου η συχνότητα ταλάντωσης θα εξαρτάται από το διαμορφώνον σήμα. Η απλούστερη εφαρμογή αυτής της λειτουργίας είναι το κύκλωμα συντονισμένου ταλαντωτή. Τέτοια κυκλώματα ταλαντωτών παρέχουν μία ημιτονοειδή κυματομορφή η συχνότητα της οποίας εξαρτάται σημαντικά από, και είναι σχεδόν ίση με τη συχνότητα συντονισμού ενός συνδυασμού αυτεπαγωγής-χωρητικότητας. Συνεπώς, η συχνότητα ταλάντωσης θα είναι: f 1 (7.1) 2 LC όπου L είναι η αυτεπαγωγή και C η χωρητικότητα. (Το κύκλωμα αυτό παρουσιάζεται στο Σχήμα 7.1) Σχήμα 7.1: Κύκλωμα με τη συχνότητα ταλάντωσης εξαρτώμενη από το διαμορφώνον φέρον Ο πυκνωτής αποτελείται από ένα σταθερό πυκνωτή C o, που παραλληλίζεται από έναν πυκνωτή μεταβαλλόμενης χωρητικότητας με την τάση, C υ. Ένας πυκνωτής μεταβαλλόμενος από τάση, γνωστός και ως variap, έχει χωρητικότητα της οποίας η τιμή εξαρτάται από τη σταθερή (d) τάση πόλωσης στα άκρα του. Αυτός ο πυκνωτής μπορεί να αντικατασταθεί και από μία ημιαγωγό δίοδο, καθώς όταν λειτουργεί σε ανάστροφη πόλωση αποκτά παρόμοια χαρακτηριστικά με τον πυκνωτή αυτόν. Στο κύκλωμα αυτό το διαμορφώνον σήμα μεταβάλλει την τάση στα άκρα του πυκνωτή C υ. Σαν συνέπεια, η χωρητικότητα του πυκνωτή αυτού μεταβάλλεται και προκαλεί μία αντίστοιχη μεταβολή στη συχνότητα ταλάντωσης. Επειδή η συχνότητα διαμόρφωσης είναι πολύ μικρή σε σχέση με τη συχνότητα ταλάντωσης, η κλασματική 25

αλλαγή στην τιμή του C υ θα είναι πολύ μικρή κατά τη διάρκεια πολλών κύκλων και η στιγμιαία συχνότητα μπορεί ακόμη να δίνεται από την (7.1). Έτσι, παράγεται ένα σήμα ταλάντωσης εξόδου του οποίου η στιγμιαία συχνότητα εξαρτάται από τη στιγμιαία τιμή του σήματος διαμόρφωσης. Ο ταλαντωτής αυτός, του οποίου η συχνότητα ελέγχεται από την τάση του σήματος διαμόρφωσης ονομάζεται ταλαντωτής ελεγχόμενος από τάση (VCO). Φυσικά, διαμόρφωση συχνότητας μπορεί να επιτευχθεί με χρήση με μεταβολή οποιουδήποτε στοιχείου από το οποίο εξαρτάται η συχνότητα. Το ρόλο του πυκνωτή μπορεί να παίξει ένα στοιχείο του οποίου η τιμή να αποκρίνεται σε ένα ηλεκτρικό σήμα. Έτσι, δίοδοι ή τρανζίστορ επίδρασης πεδίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μεταβλητές αντιστάσεις. Το ηλεκτρικό ρεύμα επηρεάζει επίσης την αυτεπαγωγή ενός πηνίου μαγνητικού πυρήνα, με αποτέλεσμα να μπορεί να γίνει χρήση του σε ένα τέτοιο κύκλωμα. Η δυσκολία στη χρήση αυτής της μεθόδου είναι η απαίτηση να διατηρείται σταθερή η συχνότητα με υψηλή ακρίβεια εκτεταμένες χρονικές περιόδους. Υπάρχει επίσης κάποια αντίφαση στην απαίτηση για ένα στοιχείο να έχει μακρόχρονη σταθερότητα συχνότητας και να είναι ικανό να αποκρίνεται αμέσως σε ένα διαμορφώνον σήμα. Μία καλύτερη εφαρμογή για δημιουργία σήματος διαμοφωμένου κατά συχνότητα είναι το σύστημα Armstrong. Αυτό το σύστημα εκμεταλλεύεται την προσέγγιση που υπάρχει στη διαμόρφωση στενής ζώνης συχνοτήτων, όπου το σήμα της NBFM είναι παρόμοιο με ένα σήμα διαμορφωμένο κατά πλάτος. Το σήμα έχει τη μορφή: os t m( t) os t mt sin t (7.2) Ο δεύτερος όρος (m(t)sinω t) αντιπροσωπεύει ένα διαμορφωμένο σήμα κατά πλάτος με κατεσταλμένο φέρον, όπου το m(t) είναι το σήμα διαμόρφωσης και το sinω t είναι το φέρον της κυματομορφής αυτής, το οποίο έχει ορθογωνική σχέση με το φέρον του σήματος FM. Για την παραγωγή αυτού του σήματος χρησιμοποιείται ένας ισοσταθμισμένος διαμορφωτής, από τον οποίο παράγεται ο δεύτερος όρος της εξίσωσης (7.2). Έπειτα, η φάση του φέροντος μετατοπίζεται κατά 90 ο και, όταν προστίθεται στην έξοδο του ισοσταθμισμένου διαμορφωτή, σχηματίζει ένα σήμα NBFM. Επίσης, για να είναι η συχνότητα ανάλογη του σήματος διαμόρφωσης, το σήμα αυτό ολοκληρώνεται πριν την εφαρμογή του στο διαμορφωτή. Σε ένα τέτοιο σύστημα, η απόκλιση συχνότητας (ή η απόκλιση φάσης) πρέπει να διατηρείται μικρή, καθώς για τη διαμόρφωση NBFM ισχύει β<<1. 26

8: ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΣΕ ΣΗΜΑΤΑ FM Για να μπορεί να είναι αποδοτικότερη η αποδιαμόρφωση στο δέκτη, η απόκλιση συχνότητας πρέπει να είναι σημαντική. Αυτό επιτυγχάνεται με τον πολλαπλασιασμό συχνότητας της κυματομορφής, μόλις αυτή εξέρχεται από το κύκλωμα Armstrong. Μία απλή διάταξη που εφαρμόζει τον πολλαπλασιασμό είναι ο συνδυασμός ενός μη γραμμικού στοιχείου, όπως ένα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου, με ένα κύκλωμα συντονισμού LC. Το παράλληλο κύκλωμα αυτό είναι συντονισμένο ώστε να ταλαντώνεται στη n οστη αρμονική της συχνότητας f του σήματος εισόδου. Η οξύτητα του συντονισμού είναι τέτοια ώστε η σύνθετη αντίσταση που παρουσιάζει το κύκλωμα ταλάντωσης να είναι πολύ μικρή για όλες τις αρμονικές, εκτός από τη n οστη. Σχήμα 8.1: Κύκλωμα πολλαπλασιασμού συχνότητας Το σήμα εισόδου οδηγείται στη βάση του τρανζίστορ, το οποίο βρίσκεται σε λειτουργία αποκοπής, κατά το μεγαλύτερο διάστημα της περιόδου του σήματος FM. Κατά τα διαστήματα όμως κοντά στις θετικές περιοχές, το τρανζίστορ οδηγείται σε γραμμική λειτουργία, πιθανότατα ακόμη και σε λειτουργία κόρου. Έτσι το ρεύμα του συλλέκτη ρέει με μορφή παλμών, έναν για κάθε κύκλο του σήματος οδήγησης εισόδου. Η κυματομορφή του ρεύματος του συλλέκτη έχει την ίδια θεμελιώδη περίοδο με το σήμα οδήγησης, αλλά έχει και πολλές αρμονικές υψηλότερης συχνότητας. Όλες αυτές οι συχνότητες, εκτός της nf, διέρχονται μέσω του συντονισμένου κυκλώματος χωρίς να αναπτύσσουν σημαντική τάση. Έτσι, στα άκρα του συντονισμένου κυκλώματος εμφανίζεται μία σχεδόν ημιτονοειδής κυματομορφή τάση συχνότητας nf, με αποτέλεσμα το κύκλωμα αυτό να χρησιμεύει ως ζωνοπερατό φίλτρο για την επιλογή της n οστης αρμονικής της κυματομορφής οδήγησης. Η διαδικασία του πολλαπλασιασμού συχνότητας που εκτελείται από τον πολλαπλασιαστή αυτόν είναι τέτοια ώστε από ένα περιοδικό σήμα με συχνότητα f να παράγεται ένα δεύτερο περιοδικό σήμα συχνότητας nf (όπου n ακέραιος). 27

Επειδή το πλάτος των αρμονικών μειώνεται όταν αυξάνεται ο αριθμός τους, καθώς αυξάνεται η τάξη πολλαπλασιασμού, το σήμα εξόδου γίνεται σταδιακά μικρότερο. Έτσι, για πολλαπλασιασμούς με μεγάλους συντελεστές, οι πολλαπλασιαστές τοποθετούνται σε σειρά. Πολλαπλασιαστές στη σειρά με τάξεις n 1, n 2, n 3 έχουν σαν αποτέλεσμα έναν πολλαπλασιασμό με συνολική τάξη n 1 n 2 n 3 Έτσι, όταν ένα σήμα FM εφαρμοστεί σε έναν πολλαπλασιαστή, τότε στην έξοδο θα προκύψει ένα σήμα με συχνότητα φέροντος nf και απόκλιση συχνότητας ±nδf, δηλαδή θα πολλαπλασιαστεί και η συχνότητα του φέροντος και η απόκλιση με τη σταθερά του πολλαπλασιαστή. Με τον ίδιο συντελεστή αυξάνεται επομένως και ο δείκτης διαμόρφωσης, αφού είναι ανάλογος με την απόκλιση συχνότητας. Ένα παράδειγμα ενός πλήρους συστήματος Armstrong, με εφαρμογή πολλαπλασιασμού στην έξοδο του διαμορφωτή, παρουσιάζεται στο Σχήμα 7.2. Σχήμα 7.2: Σύστημα Armstrong με εφαρμογή πολλαπλασιαστή (για συγκεκριμένη εφαρμογή) 28

9: ΑΠΟΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ FM Η λειτουργία ενός αποδιαμορφωτή FM βασίζεται στη μετατροπή της διαμόρφωσης συχνότητας σε διαμόρφωση πλάτους και στη συνέχεια στην εξαγωγή του σήματος βασικής ζώνης από έναν αποδιαμορφωτή AM. Αυτή η τροποποίηση επιτυγχάνεται με ένα επιλεκτικό δικτύωμα συχνότητας, το οποίο λαμβάνει ένα σήμα εισόδου A i και συχνότητας f o και εξάγει ένα σήμα συχνότητας Α ο. Ο λόγος των πλατών Α ο /A i είναι η απόλυτη τιμή της συνάρτησης μεταφοράς του δικτυώματος, H(jω). Για ένα σήμα διαμορφωμένο κατά συχνότητα, το πλάτος εξόδου του δικτυώματος δεν θα είναι σταθερό, παρόλο που το πλάτος του σήματος είναι σταθερό, καθώς θα διαμορφώνεται εξαιτίας της επιλεκτικότητας στη συχνότητα του δικτυώματος μετάδοσης. Έτσι, θα μπορέσει να εξαχθεί το σήμα βασικής ζώνης από τον αποδιαμορφωτή διόδου. Σχήμα 9.1: Μορφή αποδιαμορφωτή FM Σχήμα 9.2: Γραφική παράσταση δικτυώματος επιλογής συχνότητας Ο αποδιαμορφωτής διόδου που χρησιμοποιείται για την αποδιαμόρφωση σήματος ΑΜ θα αγνοήσει τη διαμόρφωση συχνότητας και θα αποκριθεί μόνο στη διαμόρφωση πλάτους. Επίσης, θα αγνοήσει και τη μεταβολή φάσης εξαρτώμενη από τη συχνότητα που προκαλεί το επιλεκτικό δικτύωμα συχνότητας. Επειδή όμως στην αποδιαμόρφωση κατά συχνότητα η φασική γωνία είναι ανάλογη με την απόκλιση της στιγμιαίας συχνότητας από εκείνη του φέροντος, αυτό που απαιτείται από τον αποδιαμορφωτή είναι το πλάτος εξόδου Α ο που προκύπτει, να 29

είναι ανάλογο με τη στιγμιαία απόκλιση συχνότητας. Έτσι, πρέπει να υπάρχει μία γραμμική σχέση μεταξύ του το Α ο και του (f-f o ), με f τη στιγμιαία συχνότητα. Αυτή η γραμμικότητα επεκτείνεται όσο χρειάζεται, δηλαδή μέχρι τη μέγιστη απόκλιση της στιγμιαίας συχνότητας από αυτήν του φέροντος. Η γραμμική χαρακτηριστική μεταφοράς με κλίση α, θα έχει τη μορφή: A o R A A f f (9.1) o o i o όπου R o = A o /A i = H(f). Ο όρος R o A i είναι ένας όρος σταθερής τιμής που δεν εμφανίζει κάποια απόκριση στην απόκλιση συχνότητας, ενώ ο δεύτερος όρος αa i (f-f o ) παρέχει την απαιτούμενη απόκριση στη στιγμιαία απόκλιση συχνότητας του διαμορφωμένου κατά συχνότητα σήματος εισόδου. Αξίζει να σημειωθεί εδώ πως αν το πλάτος εισόδου δεν είναι σταθερό, τότε η έξοδος του αποδιαμορφωτή θα αποκρίνεται στις μεταβολές του πλάτους της εισόδου όπως και στις αποκλίσεις συχνότητας. Συνήθως σε ένα σύστημα επικοινωνίας διαμόρφωσης συχνότητας το πλάτος σκόπιμα δε διαμορφώνεται, ώστε οποιαδήποτε διαμόρφωση που μπορεί να εμφανιστεί να είναι λόγω θορύβου. Συνεπώς είναι ωφέλιμο, για την καταστολή του θορύβου, η μείωση της εξάρτησης του πλάτους εξόδου Α ο από το πλάτος εισόδου Α i. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διέλευση του εισερχόμενου σήματος μέσω ενός περιοριστή. Ο σκοπός του περιοριστή είναι η εξασφάλιση ότι εξαλείφονται οι μεταβολές του πλάτους εισόδου. Επίσης, μετά τον περιοριστή τοποθετείται ένα ζωνοπερατό φίλτρο για την εξαγωγή της πρώτης αρμονικής συχνότητας, ώστε να μην προκύψει κάποια αλλαγή στο σήμα από την εφαρμογή του περιοριστή. Μόλις περάσει από τα δύο αυτά στάδια, η κυματομορφή εφαρμόζεται στον αποδιαμορφωτή FM. Σχήμα 9.3: Μορφή κυκλώματος περιορισμού του πλάτους 30

31 Σχήμα 9.4: Γραφική παράσταση σήματος που διέρχεται από τον περιοριστή Φυσικά, δεν υπάρχει κάποιο πρακτικό κύκλωμα που να έχει ακριβή γραμμική χαρακτηριστική μεταφοράς. Το πλάτος εξόδου στα πραγματικά κυκλώματα έχει συνήθως τη μορφή:... 2 o i o i i o o f f A f f A A R A (9.2) Για την εξάλειψη του δεύτερου όρου, αλλά και όλων των ζυγών αρμονικών, χρησιμοποιείται ο ισοσταθμισμένος αποδιαμορφωτής FM. Αυτός αποτελείται ουσιαστικά από δύο αποδιαμορφωτές FM, έναν με θετική κλίση και έναν με αρνητική, τα αποτελέσματα των οποίων τοποθετούνται σε σύστημα από το οποίο λαμβάνεται η διαφορά τους στο τέλος. Οι έξοδοι των δύο αυτών αποδιαμορφωτών θα έχουν τη μορφή: 2 ' o i o i i o o f f A f f A A R A (9.3) 2 " o i o i i o o f f A f f A A R A Η έξοδος της διαφοράς θα είναι λοιπόν: o i o f f A A 2 (9.4)

Σχήμα 9.5: Ισοσταθμισμένος αποδιαμορφωτής FM Έτσι, η γραμμικότητα της εξόδου του αποδιαμορφωτή έχει βελτιωθεί. Φυσικά, υπάρχουν ακόμη οι περιττές αρμονικές που δημιουργούν κάποια παραμόρφωση και δεν αναγράφονται στις σχέσεις (9.3), αλλά αυτή η παραμόρφωση είναι αμελητέα. Για το επιλεκτικό δικτύωμα συχνότητας χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα LC. Επίσης, δεν είναι απαραίτητη η χρήση περιοριστή όταν λειτουργεί ένας ισοσταθμισμένος αποδιαμορφωτής FM. Ακόμα όμως και χωρίς τη χρήση του περιοριστή, για την καταστολή του θορύβου χρησιμοποιείται η διαδικασία της προέμφασης και αποέμφασης. Αυτή τη διαδικασία εκμεταλλεύεται το γεγονός πως ο θόρυβος σε ένα σήμα που μεταφέρεται αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο της συχνότητας, με αποτέλεσμα να κάνει την απόκριση του δέκτη χαμηλότερη στα σημεία που ο θόρυβος (δηλαδή η πυκνότητα της ενέργειας θορύβου) είναι μεγαλύτερος, δηλαδή στα άκρα της ζώνης συχνοτήτων του σήματος. Αυτό επιτυγχάνεται με την τοποθέτηση δύο φίλτρων, ένα στο πομπό από το οποίο διέρχεται το σήμα πριν τη διαμόρφωσή του και ένα στο δέκτη, συνήθως μετά την αποδιαμόρφωσή του, αν και η ακριβής θέση του δεν παίζει ιδιαίτερο ρόλο, αφού δεν επηρεάζει τη λειτουργία του δέκτη. Σημαντικό ρόλο στη λειτουργία των φίλτρων αυτών παίζει και το γεγονός πως η φασματική πυκνότητα ισχύος ενός σήματος ήχου είναι σχετικά υψηλή στο διάστημα χαμηλών συχνοτήτων και φθίνει ταχέως σε υψηλότερες συχνότητες. Για παράδειγμα ο λόγος έχει φασματική πυκνότητα ισχύος λίγο πάνω από τα 3 KHz, ενώ ακόμη και η μουσική δεν εκτείνεται πολύ περισσότερο. Έτσι, σε ένα σήμα διαμορφωμένο κατά 32

συχνότητα, η φασματική πυκνότητα ισχύος των πλευρικών ζωνών είναι μεγαλύτερη κοντά στο φέρον και σχετικά μικρή κοντά στα όρια της επιτρεπτής ζώνης συχνοτήτων που παρέχεται για μετάδοση. Αυτό το γεγονός βοηθάει στη λειτουργία του φίλτρου του πομπού να παρουσιάζει μία άνοδο στην απόκριση αυξανόμενης της συχνότητας. Αυτό το φίλτρο αυξάνει την ισχύ του διαμορφώνοντος σήματος, αυξάνοντας κατά συνέπεια την παραμόρφωση πάνω από μία προκαθορισμένη τιμή. Επειδή όμως σε ένα σήμα ήχου η φασματική πυκνότητα του διαμορφωμένου φέροντος είναι μικρή κοντά στις άκρες της επιτρεπόμενης ζώνης, το φίλτρο θα αυξήσει τη φασματική πυκνότητα μόνο κοντά στις άκρες της επιτρεπόμενης ζώνης και θα προκαλέσει μικρή αύξηση στην παραμόρφωση. Η παραμόρφωση λοιπόν που εισάγεται από το φίλτρο είναι ανεκτή. Το φίλτρο του δέκτη άρει την αύξηση που εισήγαγε το φίλτρο του πομπού, καθώς η χαρακτηριστική μεταφοράς του είναι αντίστροφη από εκείνη του φίλτρου του πομπού. Τα δύο φίλτρα είναι επίσης γραμμικά. Συνεπώς, όποια τροποποίηση εισάγεται στο σήμα βασικής ζώνης απαλείφεται από το δεύτερο φίλτρο. Έτσι, το σήμα εξόδου στο δέκτη είναι το ίδιο με αυτό που θα προέκυπτε εάν τα φίλτρα είχαν εξ ολοκλήρου παραλειφθεί. Έτσι, με τη λειτουργία της προέμφασης και αποέμφασης επιτυγχάνεται μείωση του θορύβου στο λαμβανόμενο από το δέκτη σήμα, χωρίς κάποια τροποποίηση σε αυτό. Σχήμα 9.6: Σύστημα μετάδοσης με χρήση των σταδίων προέμφασης - αποέμφασης 33

10: ΣΤΕΡΕΟΦΩΝΙΚΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ FM Όλα τα σύγχρονα ραδιόφωνα εκμεταλλεύονται πλέον τη στερεοφωνική μετάδοση των σημάτων του ήχου. Ο ήχος από αυτή τη μετάδοση είναι ποιοτικά καλύτερος. Επιτυγχάνεται με τη χρήση δύο μικροφώνων στον πομπό, με αποτέλεσμα να εκπέμπονται δύο ακουστικά σήματα βασικής ζώνης, τα οποία λαμβάνονται από το δέκτη και εφαρμόζονται σε δύο μεγάφωνα. Επειδή όμως, όταν άρχισε να χρησιμοποιείται η στερεοφωνική μετάδοση, η μονοφωνική ήταν καθιερωμένη, έπρεπε να είναι συμβατή με τους μονοφωνικούς δέκτες, γεγονός που επέβαλε να γίνεται με συγκεκριμένη διαδικασία. Στον πομπό λοιπόν τα σήματα που παράγονται προστίθεται και αφαιρούνται, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός αθροίσματος (L(t)+R(t)) και μίας διαφοράς σημάτων (L(t)-R(t)). Τα δύο αυτά σήματα περιορίζονται με φίλτρα στα 15 KHz. Υπάρχει επίσης ένας πιλότος φέροντος στα 19 KHz. Ο πιλότος του φέροντος εφαρμόζεται σε ένα διπλασιαστή συχνότητας που παράγει ένα ημιτονοειδές υποφέρον με συχνότητα 38 KHz. Το υποφέρον και το σήμα διαφοράς εφαρμόζονται σε ένα ισοσταθμισμένο διαμορφωτή και η έξοδος του διαμορφωτή αυτού είναι: L( t) R( t) os 2f t (10.1) Συνδυάζοντας την έξοδο του διαμορφωτή, το σήμα του αθροίσματος και την έξοδο του ταλαντωτή παράγεται ένα σύνθετο σήμα: L( t) R( t) L( t) R( t) os 2f st K os 2f p M( t) (10.2) s Όπου f p η συχνότητα του πιλότου του φέροντος και f s η συχνότητα του υποφέροντος. Το K είναι μία σταθερά που καθορίζει το επίπεδο του πιλότου του φέροντος σε σχέση με τις άλλες συνιστώσες του σύνθετου σήματος. 34

Σχήμα 10.1: Μορφή κυκλώματος πομπού στερεοφωνικής μετάδοσης Η φασματική πυκνότητα ισχύος φαίνεται στο Σχήμα 10.2. Το σήμα του αθροίσματος καταλαμβάνει την περιοχή συχνότητας από 0 έως 15 KHz. Η έξοδος του ισοσταθμισμένου διαμορφωτή (10.1) έχει μία κάτω πλευρική ζώνη που εκτείνεται από 23 έως 38 KHz και μία άνω πλευρική ζώνη από 38 έως 53 KHz. Υπάρχει επίσης ο πιλότος του φέροντος στα 19 KHz, ενώ το υποφέρον έχει εξαλειφθεί από τον ισοσταθμισμένο διαμορφωτή. το Σύνθετο σήμα αυτό διαμορφώνει κατά συχνότητα ένα φέρον και αυτό το διαμορφωμένο φέρον μεταδίδεται στη συνέχεια. Σχήμα 10.2: Φασματική πυκνότητα ισχύος σήματος στερεοφωνικής μετάδοσης Στο δέκτη, μόλις το διαμορφωμένο φέρον ληφθεί και το σύνθετο σήμα ανακτηθεί, οι ανεξάρτητες συνιστώσες του σήματος αυτού διαχωρίζονται με φίλτρα. Ο πιλότος του φέροντος, εφαρμοζόμενος σε ένα διπλασιαστή, αναπαράγει το υποφέρον. Η 35

διαθεσιμότητα του υποφέροντος επιτρέπει τη σύγχρονη αποδιαμόρφωση της αμφίπλευρης κυματομορφής με κατεσταλμένο φέρον. Η έξοδος του σύγχρονου διαμορφωτή είναι ανάλογη της διαφοράς, ενώ η έξοδος του φίλτρου βασικής ζώνης είναι ανάλογη του αθροίσματος. Έτσι, τα δύο ξεχωριστά ακουστικά σήματα ανακτώνται αθροίζοντας και αφαιρώντας αντίστοιχα τα L(t)+R(t) και L(t)-R(t). Σχήμα 10.3: Μορφή κυκλώματος δέκτη στερεοφωνικής μετάδοσης Αυτό το σύστημα είναι συμβατό με τις απαιτήσεις ενός στερεοφωνικού δέκτη, από το φίλτρο του οποίου διέρχεται μόνο το σήμα του αθροίσματος. Συνεπώς τα άλλα δύο δεν παρενοχλούν τη λειτουργία του μονοφωνικού δέκτη. 11: ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΕΚΤΗ ΡΑΔΙΟΦΩΝΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ 36

Πέρα από το στάδιο της αποδιαμόρφωσης, ένας δέκτης διακρίνεται από τη δυνατότητά του να ξεχωρίζει ένα σήμα που καταφθάνει σε αυτόν και να αποδίδει σωστά την πληροφορία που έχει μεταδοθεί, δηλαδή το σήμα βασικής ζώνης. Διακρίνεται λοιπόν από τα εξής χαρακτηριστικά: Σταθερότητα (Stability) Είναι η ικανότητα του δέκτη να συντηρεί τις αρχικές του ρυθμίσεις και τον συντονισμό του σε συγκεκριμένη συχνότητα. Ευαισθησία (Sensibility) Πρόκειται για τον λόγο S/N(dB), δηλαδή την ισχύ του ωφέλιμου σήματος προς τον θόρυβο και αφορά την καθαρότητα του σήματος στην έξοδο του δέκτη. Πιστότητα (fidelity) Αφορά την ιδιότητα του δέκτη να δίνει στην έξοδο του ηχητικό μήνυμα χωρίς παραμορφώσεις. Επιλεκτικότητα (seletivity) Αυτό το χαρακτηριστικό έχει να κάνει με την ιδιότητα του δέκτη εφόσον έχει συντονιστεί να επιλέγει το κατάλληλο σήμα για να το ενισχύσει και να το αποδιαμορφώσει χωρίς να λαμβάνει υπόψη τα σήματα γειτονικών σταθμών. Γραμμικότητα (linearity) Ο δέκτης θα πρέπει να διατηρεί την ίδια στάση απέναντι στα ασθενή αλλά και ισχυρά σήματα που καταφθάνουν στην είσοδό του. Έλλειψη παρασιτικών εκπομπών Πρόκειται για παρασιτικά σήματα που εκπέμπονται από το ίδιο το κύκλωμα του δέκτη. Αυτά τα σήματα αν και ασθενή προκαλούν παρεμβολές σε άλλες συσκευές που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Θα πρέπει λοιπόν να απαλειφθούν αυτά τα σήματα από τον δέκτη όσο το δυνατόν περισσότερο. Αυτές οι ιδιότητες αφορούν κυρίως τα υλικά που απαρτίζουν ένα ραδιοφωνικό δέκτη, δηλαδή τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του, ώστε να παρέχουν μια ικανοποιητική λήψη και στη συνέχεια μία επιτυχημένη αποδιαμόρφωση. Επειδή όμως τα σήματα που φτάνουν σε ένα δέκτη είναι χαμηλής έντασης και γίνεται λήψη διαφόρων σημάτων, για την ικανότητα αποδιαμόρφωσής τους, πριν αυτό το στάδιο, υπάρχει ένα ακόμα φίλτρο και ένας ενισχυτής RF. Τα δύο αυτά στοιχεία αποτελούν ουσιαστικά το στάδιο της προεπιλογής ζώνης συχνοτήτων. Έπειτα το σήμα διέρχεται από ένα ταλαντωτή που προκαλεί τον πολλαπλασιασμό του. Στη συνέχεια, το σήμα διέρχεται από ένα δεύτερο φίλτρο με έναν ενισχυτή σταθερής συχνότητας LF. Το εύρος ζώνης αυτού του φίλτρου συμπίπτει με το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος. Με αυτό τον τρόπο λοιπόν προσδιορίζεται η επιλεκτικότητα του δέκτη. Αυτή η μετάθεση συχνότητας δεν προκαλεί κάποια αλλοίωση στο διαμορφωμένο φέρον. 37