ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
of 300
-
Upload
george-vilsan -
Category
Documents
-
view
230 -
download
1
Transcript of ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
1/300
DAN POPA
RADIOCOMUNICAŢII Ediția a II - a adăugită și revizuită
Editura
NAUTICA
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
2/300
II
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
3/300
III
DAN POPA
RADIOCOMUNICAŢII Ediția a II - a adăugită și revizuită
Editura
NAUTICA
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
4/300
IV
Copyright © 2013, Editura NAUTICA
Toate drepturile asupra acestei ediţii sunt rezervate Editurii
Redactare: Florin MUNTEANU
Grafica: Dan POPA
Editura NAUTICA
Editură recunoscută de CNCSIS
Str. Mircea cel Bătrân nr. 104
900663 Constanţa, România
tel.: +40-241-66.47.40
fax: +40-241-61.72.60e-mail : [email protected]
Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României:
POPA, DAN
Radiocomunicaţii. Ediția a II-a adăugită și revizuită / Popa Dan –
Constanţa: Nautica, 2013 Bibliogr.
ISBN 978-606-8105-91-8
621.396
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
5/300
V
PREFAŢĂ la prima ediție
Radiocomunicaţii este o lucrare care îşi propune prezentarea principalelor
aspecte pe care le implică un sistem de comunicaţii radio. Domeniul
radiocomunicaţiilor fiind extraordinar de complex şi într -o evoluţie continuă,
subiectele abordate au fost tratate la modul general, insistându-se asupra principiilorde funcţionare a echipamentelor de radiocomunicaţii, prezentându-se caracteristicile
de bază ale acestora, circuitele specifice, tehnicile de procesare a semnalelor. De
asemenea, s-au abordat şi câteva domenii strâns conexe radiocomunicaţiilor , cum
este cel al propagării radiaţiilor electromagnetice, al antenelor folosite în mod curent,
al liniilor de transmisiune.
Lucrarea este structurată pe 13 capitole, care acoperă câteva dintre
principalele domenii ale radiocomunicaţiilor analogice, adică: tipuri de semnale
folosite, antene şi propagare, emisia şi recepţia. În cadrul acestor domenii s-a
acordat o atenţie specială circuitelor specifice emiţătoarelor şi receptoarelor, cum ar
fi schimbătoarele de frecvenţă (mixerele), oscilatoarele, amplificatoarele deradiofrecvenţă şi de frecvenţă intermediară, etajele finale de putere,
demodulatoarele.
Un capitol special a fost consacrat principalelor tipuri de filtre folosite în
aparatura de radiocomunicaţii. De asemenea, principalele aspecte pe care le implică
radiocomunicaţiile cu bandă laterală unică, au fost tratate într -un capitol separat.
Lucrarea de faţă se adresează în primul rând studenţilor de la facultăţile de
electronică, care au prevăzută în programa de învăţământ disciplinele
Radiocomunicaţii, Comunicaţii radio sau Sisteme şi echipamente de
radiocomunicaţii . Ea poate fi de folos şi celor care doresc să se iniţieze în domeniul
radiocomunicaţiilor sau care sunt implicaţi în vreun fel într -o activitate din acest
domeniu.
Constanţa, 2010
Autorul
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
6/300
VI
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
7/300
VII
CUPRINS
Pagina
Capitolul 1. Semnale utilizate în radiocomunicaţii 1
1.1. Reprezentarea semnalelor în domeniul
timp şi în domeniul frecvenţă 1
1.2. Semnale modulate 3
1.2.1. Necesitatea modulaţiei semnalelor
în radiocomunicaţii 3
1.2.2. Definiţii şi clasificări 4
1.3. Modulaţia în amplitudine (MA) 7
1.3.1. Modulaţia cu purtător sinusoidal 7
1.3.2. Comparaţie între sistemele cu MA 14
1.4. Modulaţia de frecvenţă (MF) 15
1.5. Modulaţia de fază (MP) 19
1.6. Comparaţie între diverse tipuri de modulaţie 20
1.6.1. Comparaţie între MF şi MP 20
1.6.2. Comparaţie între MA, MF şi MP 20
1.7. Clasificarea şi simbolizarea emisiunilor radio 21
Capitolul 2. Caracteristicile generale ale sistemelor
de radiocomunicaţii 25
2.1. Structura unui sistem de radiocomunicaţii 25
2.2. Caracteristicile canalelor de radiocomunicaţii 29
2.2.1. Parametrii unui canal de radiocomunicaţii 29
2.2.2. Clasificarea canalelor de radiocomunicaţii 31
2.3. Clasificarea reţelelor de radiocomunicaţii 32
Capitolul 3. Elementele tehnice ale radiolegăturilor 34
3.1. Benzi de frecvenţă 34
3.2. Propagarea undelor electromagnetice 35
3.2.1. Unde foarte lungi VLF (15 30KHz) 35
3.2.2. Unde lungi LF (30 300KHz) 36
3.2.3. Unde medii MF (300KHz 3MHz) 36
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
8/300
VIII
3.2.4. Unde scurte HF (3 30MHz) 37
3.2.5. Unde ultrascurte VHF (30 300MHz) 43
3.2.6. Unde decimetrice UHF (300 3000MHz) 44
3.2.7. Unde centimetrice SHF (3 30GHz) 45
3.3. Fading 46
3.4. Frecvenţe optime de trafic 48
Capitolul 4. Antene 50
4.1. Clasificare 51
4.2. Caracteristicile antenelor 52
4.3. Pierderile în antene 59
4.4. Tipuri de antene 614.4.1. Antene pentru unde medii şi scurte 614.4.2. Antene pentru VHF 64
4.4.3. Antene pentru microunde 67
4.5. Linii de transmisie 71
4.5.1. Clasificarea liniilor 72
4.5.2. Parametrii caracteristici ai unei linii de transmisie 72
4.5.3. Linii nesimetrice (coaxiale) 74
4.5.4. Linii simetrice (bifilare) 75
4.5.5. Propagarea u.e.m. pe liniile de transmisiune 76
Capitolul 5. Emiţătoare 79 5.1. Structura şi rolul emiţătorului 79
5.1.1. Clasificarea emiţătoarelor 81
5.1.2. Principii constructive în realizarea emiţătoarelor 82
5.2. Emiţătoare cu multiplicare de frecvenţă 82
5.2.1. Principiul multiplicării frecvenței 85
5.2.2. Scheme de multiplicatoare de frecvenţă 88
5.2.3. Scheme de emiţătoare cu multiplicare de frecvenţă 90
5.3. Emiţătoare cu schimbare de frecvenţă 92
5.3.1. Schimbarea frecvenţei prin mixare 93
5.3.2. Scheme practice de schimbătoare de frecvenţă 965.3.3. Scheme de emiţătoare cu schimbare de frecvenţă 97
5.4. Emiţătoare cu sintetizare de frecvenţă 101
5.4.1. Descrierea circuitului PLL 102
5.4.2. Sintetizoare multibuclă 109
5.5. Clase de lucru ale etajelor finale 111
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
9/300
IX
Capitolul 6. Etajele emiţătoarelor 116
6.1. Oscilatoare 116
6.1.1. Oscilatoare LC 117
6.1.2. Oscilatoare cu cuarţ 123
6.1.3. Oscilatoare cu cuarţ cu frecvenţă variabilă (VXO) 127
6.1.4. Oscilatoare cu cuarţ cu porţi logice 127
6.2. Etaje de separare 130
6.3. Etaje amplificatoare de RF 131
6.4. Etaje finale de RF 133
6.4.1. Cuplajul etajului final de RF cu sarcina 134
6.4.2. Regimul de funcţionare al etajului final de RF 1406.5. Exemple de etaje finale de RF 141
Capitolul 7. Radioreceptoare 145
7.1. Structura şi rolul radioreceptorului 145
7.2. Receptorul superheterodină 147
7.2.1. Descrierea blocurilor componente 148
7.2.2. Circuite de reglare automată 152
7.2.3. Parametrii caracteristici ai radioreceptorului 157
7.2.4. Tipuri de radioreceptoare 160
Capitolul 8. Etajele de radiofrecvenţă ale radioreceptoarelor 164
8.1. Circuite de intrare (CI) 167
8.1.1. Clasificarea circuitelor de intrare 167
8.1.2. Circuite de intrare de bandă îngustă 168
8.1.3. Circuite de intrare de bandă largă 171
8.2. Amplificatoare de RF pentru radioreceptoare 172
8.2.1. Generalităţi 172
8.2.2. Funcţiile de bază ale ARF 172
8.2.3. Neutrodinarea 173
8.2.4. ARF realizate cu tranzistoare bipolare 175
8.2.5. ARF realizat cu TEC-J şi TEC-MOS 176
8.2.6. Amplificatoare de RF de tip cascodă 181
Capitolul 9. Schimbătoare de frecvență (Mixere) 185
9.1. Parametrii principali ai mixerelor 187
9.2. Clasificarea mixerelor 189
9.3. Scheme practice de mixere 192
9.3.1. Mixere cu diode 192
9.3.2. Mixere cu tranzistoare bipolare 194
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
10/300
X
9.3.3. Mixere cu FET şi MOSFET 1969.4. Necesitatea dublei schimbări de frecvenţă 207
Capitolul 10. Amplificatoare de frecvenţă intermediară 210
10.1. Clasificarea AFI 210
10.2. Funcţiile şi parametrii AFI 212
10.3. Scheme practice de AFI 213
Capitolul 11. Filtre utilizate în amplificatoarele de frecvenţă
Intermediară 219
11.1. Filtre LC 220
11.2. Filtre piezoceramice 224
11.3. Filtre de bandă cu selectivitate concentrată 227Capitolul 12. Circuite de demodulare 236
12.1. Demodularea (detecţia) semnalelor MA 237
12.1.1. Detectorul MA cu diodă 240
12.1.2. Detecţia coerentă (sincronă) a semnalelor MA 243
12.1.3. Detectorul de produs 246
12.2. Demodularea semnalelor MF 249
12.2.1. Detectorul de raport 250
12.2.2. Discriminatorul de fază 252
12.2.3. Demodulatorul cu coincidenţă (în cuadratură) 254
12.2.4. Dezaccentuare. Preaccentuare 256
Capitolul 13. Calculul puterii semnalelor MA 257
13.1. Semnalul MA-DBL+P 257
13.2. Semnalul MA-BLU (SSB) 262
Capitolul 14. Radiocomunicaţii cu BLU 266
14.1. Generalităţi. Principii de bază 266
14.2. Suprimarea purtătoarei 272
14.3. Suprimarea benzii laterale 275
14.4. Recepţia semnalelor cu BLU 279
14.4.1. Refacerea purtătoarei 279
14.5. Concepte de bază în construcţia emiţătoarelor
şi receptoarelor cu BLU 281
14.5.1. Heterodinarea 281
14.5.2. Conversia directă 283
14.6. Receptoare de trafic 285
Bibliografie 289
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
11/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
1
Capitolul 1
1. SEMNALE UTILIZATE ÎN RADIOCOMUNICAŢII
1.1. Reprezentarea semnalelor în domeniul timp
şi în domeniul frecvenţă
Orice semnal s(t) poate fi caracterizat prin două reprezentări:
- reprezentarea în domeniul timp – numită forma de undă a semnalului
- reprezentarea în domeniul frecvenţă – numită spectrul de frecvenţă al
semnalului.
Oricare din aceste reprezentări caracterizează în mod univoc semnalul.
Altfel spus, oricărei reprezentări în domeniul timp îi corespunde o singură
reprezentare în domeniul f recvenţă şi invers.
Trecerea de la o reprezentare la alta se face cu ajutorul seriilor Fourier
pentru semnale periodice, respectiv a transformatelor Fourier sau Laplace pentru
semnale neperiodice (evident, atunci când acestea există).
Pentru a înţelege această dublă reprezentare a semnalelor să considerăm
un semnal sinusoidal s(t):
)sin()( 000 t At s (1.1)
în care semnificaţia simbolurilor folosite este următoarea: A0 – amplitudinea
semnalului;0
- frecvenţa unghiulară (pulsaţia) semnalului;0
- faza iniţială a
semnalului.
Forma de undă a semnalului şi semnificaţia acestor parametri este
prezentată în fig. 1.1. În această reprezentare, variabila independentă este timpul t .
Fig. 1.1. Reprezentarea unui semnal sinusoidal în domeniul timp
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
12/300
Radiocomunicaţii
2
Reprezentarea în domeniul frecvenţă se obţine prin considerarea pulsaţiei (frecvenţei) ca variabilă independentă. Semnalul s(t) este caracterizat în
domeniul frecvenţă tot prin cei 3 parametri: A0, 0 , 0 (fig. 1.2)
Fig. 1.2. Reprezentarea unui semnal sinusoidal în domeniul frecvenţă
În cazul unui semnal s(t) exprimat printr-o sumă de semnale sinusoidale:
)sin()(1
0 K K
N
K
t At s
(1.2)
se obţin următoarele reprezentări în domeniul frecvenţă:
Fig. 1.3. Diagramele spectrale de amplitudine şi fază
a) – spectrul de amplitudine; b) – spectrul de fază
Observaţii
1. Unui semnal sinusoidal îi corespunde câte o linie spectrală în cele 2diagrame (amplitudinea şi faza). Din acest motiv aceste diagrame spectrale se
numesc spectre discrete.
2. Dacă în expresia (1.2) N iar diferenţa (K+1 - K) 0, atunci în
diagramele spectrale ale amplitudinii A şi fazei liniile spectrale devin atât de
dese încât nu se mai poate face o distincţie între 2 linii succesive. În acest caz
spectrele AK(K) şi K(K) se transformă în spectre continui A( ) şi ( ). Rezultă:
A0
0
0 00
0
Ak
A1
0
A2
A3
A4
An
n
k
1
0
2
3
4
n
n
a) b)
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
13/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
3
a) semnalele periodice se reprezintă în domeniul frecvenţă prin spectrediscrete
b) semnalele neperiodice se reprezintă în domeniul frecvenţă prin spectre
continue
În radiocomunicaţii se întâlnesc ambele tipuri de semnale, adică:
- semnale periodice, folosite de obicei ca purtătoare sau subpurtătoare;
- semnale neperiodice, care sunt de obicei semnale modulatoare.
1.2. Semnale modulate
1.2.1. Necesitatea modulaţiei semnalelor în radiocomunicaţii
Radiocomunicaţiile se ocupă cu transmiterea mesajelor sub formă de
semnale electrice dintr-un punct în altul. Transmiterea acestor semnale (mesaje)
se realizează prin canale de r adiocomunicaţii , care pot fi cu fir (cablu) sau fără fir.
În general, semnalele care urmează a fi transmise ocupă o bandă de
frecvenţă mult mai mare decât cea pe care o poate asigura canalul de
radiocomunicaţii. Ori, de regulă, canalele de radiocomunicaţii sunt foarte
costisitoare şi de aceea transmiterea unui singur mesaj (semnal) pe un astfel de
canal este total neeconomică şi mult sub capacitatea canalului de radiocomunicaţii
de a transmite informaţii. De aceea, se recurge la utilizarea intensivă a unui canal
de radiocomunicaţii, prin care se înţelege realizarea unui număr cât mai mare de
comunicaţii simultane pe acelaşi circuit fizic (canal de radiocomunicaţii). Acest
lucru nu se poate realiza prin transmiterea directă a semnalelor, fără o prelucrare a
acestora, deoarece s-ar produce o interferenţă între semnale, astfel încât la
recepţie ar fi imposibil de regăsit semnalele individuale.
Transmiterea simultană a mai multor semnale pe acelaşi circuit fizic este
posibilă prin utilizarea tehnicilor de multiplexare în timp sau în frecvenţă a
semnalelor.
Multiplexarea în frecvenţă a semnalelor se bazează pe deplasarea
spectrelor de frecvenţă a diverselor semnale, astfel încât acestea să ocupe benzi
de frecvenţă diferite, fără a se suprapune. Deplasarea spectrelor de frecvenţă se
realizează prin modulaţie.
Modulaţia are o mare utilitate practică deoarece:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
14/300
Radiocomunicaţii
4
- facilitează emiterea undelor electromagnetice prin folosirea unorantene de emisie de dimensiuni fizice rezonabile;
- permite transmiterea simultană a mai multor semnale pe un canal de
radiocomunicaţii, fără ca acestea să interfereze între ele.
Observaţii
1. Teoria propagării undelor electromagnetice demonstrează că un semnal
poate fi emis cu un randament bun numai dacă antena are o lungime de cel puţin
1/10 din lungimea de undă corespunzătoare frecvenţei minime din spectrul acestui
semnal. Spectrul semnalului electric generat de un microfon în faţa căruia se
vorbeşte este de cca. 10KHz. Rezultă deci că, pentru a emite undeelectromagnetice corespunzătoare semnalului electric care reprezintă vocea
umană, ar fi necesare antene cu lungimi fizice de ordinul Km, deoarece lungimea
de undă a acestor semnale este dată de relaţia:
Mhz f
m 300 (1.3)
2. Procesul de modulaţie deplasează spectrul de frecvenţă al semnalului ce
urmează a fi transmis în domeniul frecvenţelor înalte, facilitând astfel emiterea
undelor electromagnetice dar şi utilizarea eficientă a canalului de tr ansmisiune,
datorită propagării mai bune la frecvenţe înalte. În plus:
- antenele au dimensiuni reduse
- tot spectrul semnalului este transmis în aceleaşi condiţii (atenuare,
întârziere, distorsiuni neliniare)
1.2.2. Definiţii şi clasificări
În procesul de modulaţie intervin următoarele semnale:
- semnalul s(t) ce conţine informaţia (mesajul) denumit semnalul
modulator
- semnalul P(t) asupra căruia se transferă informaţia denumit semnal
purtător
- semnalul sM (t) rezultat prin acţiunea semnalului modulator asupra
purtătorului, denumit semnal modulat.
Modulaţia constă în modificarea unui parametru al purtătorului P(t) de către
semnalul modulator s(t) ce urmează a fi transmis.
Există mai multe criterii de clasificare a modulaţiei. Astfel, se pot distinge
două mari categorii de modulaţii:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
15/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
5
A. Modulaţii analogice, care constau în modificarea unui parametru a lpurtătoarei (amplitudinea, frecvenţa, faza etc.) în funcţie de semnalul modulator,
care poate fi analogic sau numeric. Acest tip de modulaţii nu modifică natura
semnalului modulator.
Modulaţiile analogice se pot clasifica, la rândul lor, după:
1. Natura informaţiei transmise, care poate fi:
- informaţie analogică (semnal audio, video etc.)
- informaţie numerică (date)
2. Forma purtătoarei de radiofrecvenţă, care poate fi:
- purtătoare sinusoidală
- purtătoare în impulsuri 3. Parametrul modulat al purtătoarei, care poate fi:
- amplitudinea
- frecvenţa
- faza
- durata (impulsurilor)
B. Modulaţii numerice, care constau într -o conversie analog/numeric între
semnalul modulator şi cel modulat. În acest caz, operaţia de modulare este, de
fapt, o codare numerică a informaţiei analogice. Semnalul purtător este, în acest
caz, un semnal sub formă de impulsuri dreptunghiulare, iar semnalul modulator
modifică codul utilizat pentru generarea acestui semnal.
Modulaţiile numerice pot fi, la rândul lor, de mai multe tipuri:
1. Modulaţia impulsurilor în cod (P ulse C ode M odulation - PCM ), care
este un procedeu tipic de modulaţie numerică;
2. Modulaţiile numerice diferenţiale, din categoria cărora fac parte:
- modulaţia diferenţială a impulsurilor în cod (DPCM )
- modulaţia delta (M )
3. Modulaţiile numerice adaptive
Exemple
1. Dacă semnalul modulator este un semnal audio care modulează
amplitudinea unei purtătoare sinusoidale, vorbim de o modulaţie de amplitudine
( Amplitude M odulation - AM ).
2. Dacă semnalul modulator este un semnal audio care modulează
frecvenţa unei purtătoare sinusoidale, vorbim de o modulaţie de frecvenţă
(F requency M odulation - FM).
3. Dacă semnalul modulator este un semnal audio care modulează
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
16/300
Radiocomunicaţii
6
amplitudinea unei purtătoare în impulsuri, avem de-a face cu o modulaţie înamplitudine a impulsurilor .
4. Dacă semnalul modulator este un semnal numeric (binar), care
modulează frecvenţa unei purtătoare sinusoidale, avem de-a face cu o modulaţie
cu salt de frecvenţă, de tip FSK – F requency S hift K eying .
Fig. 1.4. Forma de undă a semnalului FSK
5. Prima și cea mai simplă formă de comunicare radio codificată a fost
transmisia Morse nemodulată, prin care purtătoarea de radiofrecvenţă (carrier
frequency ) este întreruptă în ritmul transmisiei secvenţelor formate din linii şi
puncte care constituie alfabetul Morse (O n/ O ff K eying - OOK ).
Fig. 1.5. Litera P în codul Morse
6. În radiocomunicaţiile maritime moderne, cel mai utilizat tip de transmisie
în fonie în unde medii MF şi scurte HF este transmisia cu bandă laterală unică
(S ingle S ide Band - SSB), prin care se transmite numai una din benzile laterale
(banda laterală superioară – U pper S ide Band - USB) ale semnalului de
radiofrecvenţă modulat în amplitudine cu semnalul util (mesajul).
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
17/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
7
1.3. Modulaţia în amplitudine
O purtătoare sinusoidală P(t) (fig. 1.1) se reprezintă analitic prin expresia:
)sin()( 000 t At P (1.4)
în care semnificaţia simbolurilor este următoarea:
A0 – amplitudinea purtătoarei
o - frecvenţa unghiulară (pulsaţia)
o - faza iniţială
A modula un semnal purtător însemnă a stabili o dependenţă între un
parametru al purtătorului P(t) şi semnalul modulator sm(t). Circuitul în care serealizează modulaţia se numeşte modulator. Modulaţia de amplitudine se mai
numeşte şi modulaţie liniară.
Fiecare din cei 3 parametri ce definesc semnalul purtător de radiofrecvență
poate prelua variaţiile semnalului modulator , obţinându-se corespunzător
următoarele tipuri de modulaţie:
- modulaţie de amplitudine (MA)
- modulaţie de frecvenţă (MF)
- modulaţie de fază (MP)
1.3.1. Modulaţia cu purtător sinusoidal
Fie sm(t) semnalul modulator şi P(t) = A0 cos( 0 t + ) semnalul purtător.
Conform celor afirmate mai sus, amplitudinea instantanee AMA(t) a semnalului
modulat în amplitudine MA trebuie să fie într -o relaţie de dependenţă liniară cu
semnalul modulator sm(t). Astfel, amplitudinea AMA(t) a purtătoarei poate fi o funcţie
de forma:
AMA(t) = A0 + k sm(t) (1.5)
î n care k este o constantă. Expresia în domeniul timp a semnalului MA este, prin urmare, următoarea:
sMA(t) = AMA(t) cos( 0 t + 0 ) = [A0 + K sm(t)]cos ( 0 t + 0 ) (1.6)
Aceasta reprezintă forma cea mai generală a unui semnal sinusoidal
modulat în amplitudine, întrucât asupra semnalului modulator sm(t) nu s-a impus
nici o restricţie (fig. 1.6).
După cum se poate observa din această expresie, semnalul modulat în
amplitudine MA este un semnal complex, constituit din mai multe componente,
care vor fi puse în evidență în cele ce urmează.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
18/300
Radiocomunicaţii
8
Fig. 1.6. Semnal purtător sinusoidal modulat în amplitudine
cu un semnal oarecare, neperiodic
Pentru a reprezenta semnalul MA în domeniul frecvenţă, considerăm
următoarele 3 cazuri:
Cazul 1. Semnalul modulator este un semnal sinusoidal
Să presupunem că atât purtătoarea cât și semnalul modulator sm(t) sunt de
formă sinusoidală (fig. 1.7), adică:
)sin()( 000 t At P
sm(t) = Am cos( mt + m )
În acest caz, semnalul modulat are expresia:
AMA(t) = A0 + kAm cos( mt + m ) = A0 [1 + m cos( mt + m )] (1.8)
sMA(t) = A0 [1 + m cos( mt + m )] cos( 0 t + 0 ) (1.9)
în care parametrul m se numeşte grad de modulaţie (indice, factor sau coeficient
de modulație în unele lucrări) şi are valoarea:
m = k Am /A0 (1.10)
Fizic, dacă se consideră pentru simplificare, k=1, gradul de modulație m se
definește ca fiind raportul dintre amplitudinea Am a semnalului modulator și
amplitudinea A0 a semnalului purtător:
Folosind identitatea trigonometrică:
cosx cosy = 1/2 [cos(x+y) + cos(x-y)] (1.12)
expresia (1.9) se mai poate scrie sub forma:
(1.7)
(1.11)
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
19/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
9
])cos[(2
])cos[(2
)cos()(
000
000
000
mm
mm MA
t mA
t mAt At s
(1.13)
Fig. 1.7. Semnal purtător sinusoidal, modulat în amplitudine
cu un semnal sinusoidal
Relaţia (1.12) pune în evidenţă componența spectrală a semnalului MA cu
purtător sinusoidal şi modulator sinusoidal. Astfel, constatăm că spectrul
semnalului conţine 3 componente (fig.1.8):
- o componentă centrală de frecvenţă 0 şi amplitudine A0 numită
purtătoare, care are amplitudinea maximă, deci concentr ează cea mai mare parte
din energia semnalului modulat;
- 2 componente identice având frecvenţele (0 + m) şi (0 - m) şi
amplitudinea2
0mA , numite componente spectrale laterale (componenta laterală
inferioară şi componenta laterală superioară);
- banda de frecvenţe ocupată de semnalul modulat în amplitudine MA
este B = 2 m, adică o bandă de două ori mai mare decât banda de frecvenţă
ocupată de semnalul modulator sm(t).
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
20/300
Radiocomunicaţii
10
Fig. 1.8. Spectrul semnalului MA cu purtător sinusoidal
modulat cu semnal sinusoidal
Pornind de la definiția gradului de modulație m (relația 1.11) și ținând
seama de notațiile din fig. 1.9, se pot deduce următoarele relații:
Amax = A0 (1 + m)
Amin = A0 (1 – m)
Gradul de modulaţie m poate fi exprimat și în funcție de amplitudinile
maximă și minimă ale semnalului modulat:
Dacă se divide prima ecuație cu ultima ecuație din sistemul de mai sus, se
obține o relație care exprimă gradul de modulație funcție de amplitudinile maximă
și minimă a semnalului modulat în amplitudine:
Gradul de modulaţie m trebuie să satisfacă relaţia m 1, pentru ca la
demodulare (detecţie) să poată fi reconstituit semnalul modulator sm(t).
În funcție de mărimea gradului de modulație se pot întâlni următoarele 3
situații (fig. 1.10):
(1.13)
(1.14)
(1.15)
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
21/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
11
- m < 1 sau submodulaţie – este cazul funcţionării normale a unuiemiţător pentru semnale MA:
- m = 1 sau modulație 100%;
- m > 1 sau supramodulaţie
Fig. 1.9. Definirea gradului de modulație m pentru un semnal MA
Fig. 1.10. Influența gradului de modulație m asupra formei
semnalului modulat în amplitudine
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
22/300
Radiocomunicaţii
12
Cazul 2. Semnalul modulator este o sumă de sinusoide
Semnalul modulator este o sumă de componente sinusoidale (sau poate fi
exprimat ca o sumă de componente sinusoidale ca, de pildă, în cazul semnalelor
periodice):
)sin()(1
iii
n
i
m t at s
(1.15)
Deoarece am presupus că: AMA(t) = A0 + C s(t), rezultă:
)](cos1[)cos()(1
0
0
0 iii
n
i
iii
n
i
t m At aC At A
(1.16)
Parametrul mi se numeşte tot grad de modulaţie şi are expresia:
0 A
cam ii (1.17)
Semnalul modulat sMA(t) va avea forma:
)()cos[(2
)]()cos[(2
)cos()(
00
1
00
1
000
ii
iin
i
ii
iin
i
MA
t Am
t Am
t At s
(1.18)
Componența spectrală a acestui semnal este prezentată în fig. 1.11.
Fig. 1.11. Reprezentarea în domeniul frecvenţă a spectrului celor două
semnale: modulator (sus) şi modulat MA (jos)
ai
a1
a2
a3
a4
an
0
0
A0
ai
B =
a1
a2
a3
a4
an
a3
a1
a2
a4
an
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
23/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
13
Concluzii
1. Pentru ca spectrele celor două semnale (modulat și modulator ) să nu
se suprapună este necesar să fie îndeplinită condiția:
0 2 n
2. Spectrul semnalului MA conţine în acest caz nu doar două componente
spectrale laterale, ci două benzi laterale: banda laterală inferioară şi banda laterală
superioară. Acest semnal este numit și semnal MA convențional (MA-DBL+P).
3. Banda de frecvenţe ocupată de semnalul MA-DBL+P este dublă faţă de
banda semnalului modulator (a mesajului): B = 2 n
Cazul 3. Semnalul modulator este un semnal oarecare
Acesta este cazul general, în care semnalul modulator sm(t) este un semnal
oarecare, neperiodic – de exemplu vocea umană - al cărui spectru ocupă o bandă
de frecvenţe (M - m) (fig. 1.12 stânga). În acest caz spectrul de frecvenţe al
semnalului modulat sMA(t) are aspectul din fig. 1.12 dreapta.
Fig. 1.12. Spectrul semnalului MA, în cazul unui semnal
modulator oarecare, neperiodic
Observaţii
1. În spectrul semnalului MA, din punct de vedere energetic, purtătoarea
are valoarea cea mai mare (deoarece are amplitudine maximă) şi nu conţine
informaţie. De aceea, pentru a evita încărcarea exagerată a etajelor finale din
emiţătoare sau pentru a evita anumite neajunsuri la emisie, de obicei se recurge la
suprimarea totală sau parţială a purtătoarei.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
24/300
Radiocomunicaţii
14
2. De asemenea, se observă că informaţia este conţinută în mod identic deambele benzi laterale. De aceea, pentru a se recupera informaţia, este suficient să
fie transmisă doar una din acestea.
3. Corespunzător acestor observaţii, există mai multe tipuri de sisteme de
modulaţie în amplitudine, cum ar fi:
- MA cu bandă laterală dublă şi purtătoare completă BLD + P
- MA cu bandă laterală unică şi purtătoare completă BLU + P
- MA cu bandă laterală unică şi purtătoare redusă BLU+PR
- MA cu bandă laterală unică şi purtătoare suprimată BLU
- MA cu rest de bandă laterală RBL
Evident, la recepţie este necesară se obţină semnalul modulator sm(t),care poartă informaţia. Acesta se obţine prin operaţia inversă modulaţiei, numită
demodulare sau detecţie. Circuitul cu care se realizează această operaţie se
numeşte demodulator sau detector. În funcţie de tipul de modulaţie, demodulatorul
(detectorul) va fi diferit.
1.3.2. Comparaţie între sistemele cu MA
Sistemele MA (BL + P) (modulaţie de amplitudine cu purtătoare)
Avantajul principal al sistemului MA+P este reconstituirea simplă amesajului la recepţie, deci receptoare cu un demodulator simplu.
Dezavantajele principale: semnalul emis ocupă o bandă de frecvenţă
relativ mare (de două or i banda semnalului modulator - 2 Bm), iar emiţătorul trebuie
să transmită o putere mare în raport cu puterea semnalului util, eficienţa
transmisiei fiind redusă.
În semnalele MA + P, purtătoarea nu conţine informaţie utilă şi deci puterea
semnalului MA cor espunzător purtătoarei reprezintă o risipă, ea fiind mult mai
mare decât purtătoarea utilă, corespunzătoare benzilor laterale. Se constată că
randamentul transmisiei este de cca. 33%.
De aceea, se utilizează alte sisteme, în care purtătoarea este redusă sau
chiar suprimată (cum este semnalul MA cu bandă laterală unică).
Sistemele MA –PS (modulaţie de amplitudine cu purtătoarea
suprimată)
Avantajele principale sunt:
- putere mai mică la emisie (eficienţa devine 100%)
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
25/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
15
- banda de frecvenţă rămâne aceeaşi Dezavantajele constau în complicarea detecţiei în cazul purtătoarei
suprimate, deoarece la recepție trebuie refăcută purtătoarea. De aceea, uneori se
lasă un rest de purtătoare. Detecţia acestui tip de semnale se numeşte detecţie
sincronă (coerentă). Transmisia MA – PS este folosită î n sistemele radiotelefonice
pentru distanţ e foarte mari, în facsimil, teleimprimare, televiziune etc.
Sistemele MA –BLU (modulaţie de amplitudine cu bandă laterală
unică)
Avantaje:
- reducerea benzii de frecvenţă ocupate la jumătate faţă de sistemele MA-DBL+P sau MA-DBL-PS
- puterea emiţătorului mult mai mică decât la transmisiile MA + P, pentru
aceeași putere a semnalului emis în eter
- semnalul recepţionat rămâne inteligibil până la extincţie.
Dezavantaje:
- pentru demodularea semnalului MA-BLU se foloseşte o metodă de
detecţie diferită de cea folosită în cazul semnalelor MA-DBL și anume detecţia
sincronă (coerentă) – care presupune o electronică mai sofisticată decât în cazul
semnalelor MA cu purtătoare .
1.4. Modulaţia de frecvenţă (MF)
Fie un semnal modulator sm(t) şi un semnal purtător sinusoidal P(t):
)cos()( 000 t At P (1.19)
A modula în frecvenţă purtătoarea P(t) înseamnă a crea o dependenţă
liniară între frecvenţa instantanee (t) a purtătoarei şi semnalul modulator, conform
relaţiei:
)()( 0 t s K t (1.20)
Cu alte cuvinte, frecvenţa instantanee a purtătoarei variază în jurul valorii
0, trecând prin valorile extreme 0 , corespunzător valorilor de vârf ale
amplitudinii semnalului modulator s(t). Mărimea poartă numele de deviaţie de
frecvenţă.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
26/300
Radiocomunicaţii
16
De obicei, într -o transmisie MF, se impune întotdeauna o anumită valoare adeviaţiei de frecvenţă , corespunzătoare amplitudinii maxime a semnalului
modulator. Pe baza acestor consideraţii, expresia purtătoarei modulate devine,
considerând că:
)sin()( mmmm t At s
])sin(cos[(
])(cos[()(
000
000
t t A K A
t t s K At P
mmm
MF (1.21)
Fig. 1.13. Semnal modulat în frecvenţă
Dacă se notează:
m KA - deviaţia de frecvenţă
m
- indicele de modulaţie de frecvenţă
atunci relaţia (1.20) devine:
])sincos[()( 000 t t At P m MF (1.22)
Observaţii
1. Din analiza dezvoltării în serie Fourier a expresiei (1.22) se constată că
spectrul semnalului MF are o întindere mult mai mare decât în cazul semnalului
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
27/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
17
MA. Amplitudinea componentelor laterale nu scade progresiv pe măsură ce ele sedepărtează de purtătoarea f c , ci depinde de indicele de modulaţie (fig. 1.14) şi ele
trebuie luate în considerare la calcului benzii de frecvenţă ocupată de semnalul
MF.
Fig. 1.14. Spectrul semnalului MF pentru diverse valori ale
indicelui de modulaţie
1. Cu cât indicele de modulaţie0
are o valoare mai mare, cu atât
liniile spectrale laterale de ordin superior devin mai semnificative. Rezultă căbanda de frecvenţă ocupată de semnalul MF depinde esenţial de indicele de
modulaţie0
.
2. Ţinând seama de observaţiile de mai sus, se poate demonstra că
banda efectivă a semnalului MF, care trebuie să conţină 99% din puterea
semnalului, are următoarea expresie:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
28/300
Radiocomunicaţii
18
a) dacă indicele de modulaţie are valori >> 1, ceea ce se întâmplă deregulă în practică, banda de frecvenţe ocupată de semnalul MF are valoarea:
mm KA B 222
adică banda de frecvenţă necesară pentru transmiterea unui semnal MF este de
aproximativ x2 deviaţia maximă a purtătoarei. Dacă este suficient de mare, ea nu
depinde de spectrul de frecvenţe al mesajului transmis iar amplitudinea purtătoarei
nu mai are cea mai mare valoare din spectru, aşa cu era cazul la semnalele MA
(fig. 1.12). Acesta este cazul aşa-numitului semnal MF de bandă largă, folosit de
regulă în transmisiile de radiodifuziune.
b) dacă indicele de modulaţie are valori 1, se obţine B = 2 m, adică
aceeaşi lărgime de bandă ca la MA. Acest tip de modulaţie se numeşte MF debandă îngustă.
4. În cazul MF se observă că amplitudinea purtătoarei este practic
constantă, modificându-se numai frecvenţa ei. De aceea, în cazul acestui tip de
transmisie nu se practică suprimarea purtătoarei.
5. În practică, se poate considera că o transmisie MF este caracterizată de
următorii parametri:
- frecvenţa purtătoarei f p
- indicele de modulaţie m
f
- deviaţia maximă de frecvenţă f , care reprezintă abaterea maximă
faţă de frecvenţa f p a purtătoarei:
2
minmax
maxmin
f f f f f f f p p
6. În radiodifuziunea sonoră cu modulaţie de frecvenţă (MF ), spectrul
semnalului modulator (semnalul de audiofrecvenţă) este limitat la o valoare
maximă 0 = 15KHz şi deoarece f = 75KHz, rezultă un indice de modulaţia = 5.
Banda de frecvenţă ocupată de semnalul MF va fi B = (2 x 75KHz) + 15KHz =
200KHz.
În radiodifuziunea sonoră cu modulaţie de amplitudine (MA), spectrul
semnalului audio modulator este limitat la o valoare B = m = 4,5KHz, iar banda de
frecvenţe ocupată de semnalul modulat transmis este B = 9KHz.
În radiocomunicaţiile MA, spectrul semnalului modulator este limitat la o
valoare maximă B = m = 3KHz; iar banda ocupată de semnalul modulat transmis
este B = 6KHz.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
29/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
19
1.5. Modulaţia de fază (MP)
A modula în fază înseamnă a stabili o relaţie de dependenţă liniară între
faza instantanee a purtătorului modulat şi semnalul modulator sm(t). Dacă se
consideră:
- )cos()( 000 t At P - semnalul purtător sinusoidal
- sm(t) – semnalul modulator
- faza semnalului purtător )()( 0 t s K t m atunci semnalul cu modulaţie de fază va avea expresia:
)](cos[)( 000 t Kst At MP
Dacă considerăm că semnalul modulator este sinusoidal, adică:
)sin()( mmmm t At s
se poate defini, similar ca la MF, un parametru m KA0 numit deviaţia de fază
(analog cu deviaţia de frecvenţă de la MF). Plecând de aici, analizasemnalului MP se face similar cu analiza semnalului MF.
Fig. 1.15. Semnal modulat în fază
Observaţie
Se poate face o discuţie asupra semnalului MP în funcţie de valoarea
indicelui - deviaţia de fază. Astfel, se disting următoarele situaţii:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
30/300
Radiocomunicaţii
20
- dacă > 1, rezultă că banda semnalului MP este B = 2 m = 2k Am m -
deci spectrul de amplitudini al semnalului MP de bandă largă depinde de m
(similar cu semnalul MF).
1.6. Comparaţie între diverse tipuri de modulaţie
1.6.1.Comparaţie între MF şi MP
a). La modulaţia de frecvenţă (MF) banda necesară pentru transmiterea
semnalului este aproximativ constantă, nedepinzând de frecvenţa semnalului
modulator ci numai de amplitudinea acestuia.
b) La modulaţia de fază (MP) banda este direct proporţională cu frecvenţa
semnalului modulator. Din acest punct de vedere rezultă că banda canalului de
transmisie nu va fi eficient utilizată în cazul MP de către componentele semnalului
modulator de JF. Din acest punct de vedere, modulaţia de fază MP este inferioar ă
modulaţiei de frecvenţă MF.
c) Aparatul matematic care exprimă MP şi MF pune în evidenţă faptul că:
- modulaţia de frecvenţă MF este o modulaţie de fază MP la care faza
instantanee variază proporţional cu integrala semnalului modulator sm(t)
- modulaţie de fază MP este o modulaţia de frecvenţă MF la care frecvenţa
instantanee variază proporţional cu derivata semnalului modulator sm(t).
Aceste observaţii au o valoare practică deoarece arată cum se poate
transforma un modulator MF într -un modulator MP şi invers, prin realizarea unui
circuit de derivare, respectiv de integrare.
Într -adevăr, dacă se integrează semnalul modulator sm(t) şi apoi se face o
modulaţie de fază MP, se obţine un semnal modulat în frecvenţă MF. Dacă se
derivează semnalul sm(t) şi se apoi modulează în frecvenţă, se obţine un semnal
modulat în fază MP.
1.6.2. Comparaţie între MA, MF şi MP
Banda (lărgimea de bandă) necesară pentru transmisie în cazul
aceluiaşi semnal modulator dat, este mult mai mare în cazul MF şi MP decât în
cazul MA.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
31/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
21
Deşi, teoretic, spectrul de frecvenţă al semnalului MF cu modulatorsinusoidal conţine un număr infinit de componente spectrale, nu numai 3
componente ca în cazul semnalului MA cu modulator sinusoidal, practic
amplitudinile componentelor spectrale laterale, depărtate de purtătoarea 0 devin
neglijabile. Înseamnă deci că aproape toată energia semnalului MF (cca. 99%)
este conţinută în componentele spectrale localizate în interiorul unei benzi finite de
frecvenţă.
Sistemele MF şi MP oferă o protecţie mult mai bună la perturbaţii faţă
de MA. Fizic acesta se explică prin faptul că zgomote le perturbatoare aleatorii
modifică amplitudinea şi nu frecvenţa sau faza semnalului purtător. Ca atare,
sistemele care detectează variaţiile de frecvenţă sau de fază, nu şi modificările deamplitudine, sunt mai bine protejate contra zgomotelor.
Emiţătoarele MF şi MP pot fi de putere mult mai mică decât cele de
MA, reducerea de putere obţinându-se pe seama creşterii lărgimii de bandă a
semnalului modulat.
La MF, toate componentele spectrale ale mesajului ocupă prin
modulare aceeaşi bandă de frecvenţă.
La MP, frecvenţele inferioare din spectrul semnalului modulator ocupă
pr in modulaţie benzi mai mici de frecvenţă decât cele ocupate de frecvenţele
superioare. În consecinţă, modulaţia de fază MP oferă o protecţie mai slabă la
perturbaţii pentru componentele de joasă frecvenţă ale mesajului.
1.7. Clasificarea şi simbolizarea emisiunilor radio
Activitatea internaţională de radiocomunicaţii din toate domeniile (aero,
terestru, naval, militar sau civil) este reglementată din punct de vedere tehnic şi
administrativ de către Regulamentul de Radiocomunicaţii al ITU . Acest regulament
conţine, printre alte prevederi, şi sistemul de clasificare şi simbolizare a emisiunilor
radio, sistem care s-a schimbat în timp datorită apariţiei unor noi moduri de lucru şi
tipuri de emisiuni radio.
Clasificarea şi simbolizarea emisiunilor radio se face cu ajutorul unui grup
de cifre şi litere, în număr de 3 până la 5, care au următoarele semnificaţii:
Primul simbol (o literă) indică tipul de modulaţie aplicat purtătoarei
principale;
Al 2 - lea simbol (o cifră) indică tipul semnalului sau semnalelor care
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
32/300
Radiocomunicaţii
22
modulează purtătoarea principală (semnal analogic sau digital, pe unu sau maimulte canale etc.);
Al 3 - lea simbol (o literă) indică tipul transmisiunii (telegrafie, telefonie,
TV etc.);
Al 4 - lea simbol (o literă, opţional) dă detalii suplimentare privind
semnalele utile transmise (calitatea sunetului, tipul şi calitatea imaginii etc.);
Al 5 - lea simbol (o literă, opţional) indică tipul de multiplexare al
semnalelor (în timp, în frecvenţă etc.).
În tabele următoare sunt prezentate caracterizarea şi simbolizarea
emisiunilor radio, conform regulilor de mai sus.
1. Primul simbol
Tipul modulaţiei purtătoarei principale SIMBOL
Purtătoare principală sinusoidală, nemodulată N
Purtătoare sinusoidală modulată în amplitudine, cu:
- BLD şi purtătoare (MA)
- BLD cu benzi independente
- BLU
- BLU cu purtătoare completă
- BLU cu purtătoare redusă sau cu nivel variabil
- Rest de purtătoare
A
B
J
H
R
C
Purtătoare principală sinusoidală, modulată în amplitudine şi
exponenţial, în mod simultan, sau într -o secvenţă prestabilită
D
Purtătoare principală sinusoidală modulată exponenţial:
- în frecvenţă
- în fază
F
G
Purtătoare principală în impulsuri nemodulate P
Purtătoare principală în impulsuri modulate:
- în amplitudine
- în durată - în poziţie/fază
- exponenţial pe durata impulsului
- combinaţie a celor de mai sus
K
LM
Q
V
Purtătoare principală modulată simultan sau într -o secvenţă
prestabilită, cu o combinaţie de două sau mai multe tipuri de
modulaţii: W
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
33/300
Semnale utilizate în radiocomunicaţii
23
- în amplitudine, exponenţial, în impulsuri Alte cazuri, neprevăzute mai sus X
2. Al 2 –lea simbol
Tipul semnalului modulator SIMBOL
Fără semnal modulator 0
Un singur canal, care conţine informaţii analogice sau
digitale, fără să utilizeze o subpurtătoare modulatoare
1
Un singur canal, care conţine informaţii analogice sau
digitale, folosind o subpurtătoare modulatoare
2
Un singur canal, care conţine informaţii analogice 3
Două sau mai multe canale, conţinând informaţii digitale 7
Două sau mai multe canale, conţinând informaţii analogice 8
Sisteme compuse, cu un canal sau mai multe canale,
conţinând informaţii analogice sau digitale, împreună cu un
canal sau mai multe canale, conţinând informaţii analogice
9
3. Al 3 –lea simbol
Natura informaţiei SIMBOL
Nu se transmite nici o informaţie N
Telegrafie, pentru recepţie auditivă A
Telegrafie, pentru recepţie automată B
Facsimil C
Date, telemetrie, telecomandă D
Telefonie (inclusiv radiodifuziune sonoră) E
Televiziune (video) F
Combinaţii între cele de mai sus W
Cazuri neprevăzute mai sus X
În figura 1.16 sunt exemplificate câteva tipuri de semnale modulate,
folosite frecvent în radiocomunicaţiile curente.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
34/300
Radiocomunicaţii
24
Fig. 1.16. Tipuri semnale modulate folosite în radiocomunicații
f c – frecvenţa purtătoare (carrier ); f as – frecvenţa asignată;
LSB (USB) – banda laterală inferioară (superioară)
A1A Cod Morse nemodulat
fc
fc
A2A Cod Morse modulat cu
bandă laterală dublă şi
purtătoare
fc
H2A Cod Morse modulat cu
bandã lateralã unicã
fc fas
J2B Telex SSB
fc
A3E Telefonie cu bandă
laterală dublă şi
purtătoareLSB USB
fc
H3E Telefonie SSB
cu purtătoare
fc
R3E Telefonie SSB
cu purtătoare redusă
fc
J3E Telefonie SSB
cu purtãtoare suprimatã
AM
FMfc
fc
F1B Telex
F3E Telefonie FM
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
35/300
Caracteristicile generale ale sistemelor de radiocomuni caţii
25
Capitolul 2
2. CARACTERISTICILE GENERALE ALE SISTEMELOR
DE RADIOCOMUNICAŢII
2.1. Structura unui sistem de radiocomunicaţii
Prin sistem de radiocomunicaţii se înţelege ansamblul de mijloace tehnice
necesare pentru transmiterea de mesaje (informaţii) între două puncte oarecare,
situate la distanţe oarecare, utilizând propagarea undelor electromagnetice în
spaţiul liber. Structura şi modul în care funcţionează un astfel de sistem sunt
prezentate în figura 2.1. Astfel:
La emisie, mesajul (informaţia) provenită de la sursa de mesaje este
transformată cu ajutorul unui traductor Te în semnal electric, este codificat şi apoi
este transpus(ă) pe un semnal numit “purtător” (de radiofrecvenţă) care este emis
în eter. Această operaţie se realizează cu ajutorul unui modulator şi a unui
amplificator de putere de radiofrecvenţă. Rezultă că rolul emiţătorului este de a
prelucra mesajul (informaţia) de transmis pentru a-l aduce la o formă adecvată
transmiterii cu ajutorul undelor electromagnetice prin spaţiul liber (atmosfera
terestră şi spaţiul cosmic) spre punctul de recepţie.
La recepţie, semnalul “purtător” captat de antenă este amplificat de un
amplificator de radiofrecvenţă, mixat şi apoi, din acest semnal este “extras” mesajul
propriu-zis, care conţine informaţia utilă. Această operaţie se realizează cu ajutorul
unui bloc numit demodulator (detector) DET , care realizează operaţia inversă celei
de la emisie.
Mesajul astfel obţinut este adus apoi la o formă accesibilă utilizatorului
(destinatarului), cu ajutorul unui traductor Tr şi a unui decodificator . Rolul
receptorului este deci acela de a prelucra semnalul captat de antenă şi de a
extrage din acesta mesajul (informaţia) transmis(ă) de sursa de mesaje de la
punctul de emisie.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
36/300
Radiocomunicaţii
26
Fig. 3.1. Structura unui sistem de radiocomunicaţii
Mediul de transmisiune
Trebuie remarcat faptul că în acest lanţ de transmisie de la sursa de
mesaje la destinatar, pe lângă echipamentele de emisie şi de recepţie, intervine şi
mediul prin care se realizează transmisia. Uneori, acest mediu care necesită ca
informaţia transmisă prin el să fie în prealabil concretizată prin semnale sub formă
de unde electromagnetice, este numit impropriu “canal radio”.
La trecerea printr-un mediu real de comunicaţie (transmisiune), semnalul
propagat suferă o serie de transformări şi anume:
- atenuare
- întârziere
- distorsionare şi afectare de către perturbaţii
În cazul transmisiilor radio canalul de transmisie este, în mare parte,
atmosfera terestră, care se constituie într -un mediu complex din punct de vedere al
propagării undelor electromagnetice.
Spre deosebire de alte medii de transmisiune (cum sunt cablurile coaxiale,
ghidurile de undă, fibra optică etc.), atmosfera nu este optimizabilă şi trebuie
acceptată de utilizator ca atare. La propagarea prin atmosfera terestră semnalele
radio sunt supuse unor perturbaţii denumite “zgomote”, ce provin de la diferite
surse şi care determină modificări ale semnalelor electrice care materializează
datele transmise.
Zgomotele pot fi de mai multe feluri:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
37/300
Caracteristicile generale ale sistemelor de radiocomuni caţii
27
- zgomote electrice – reprezentate de toate semnalele electrice parazite
(naturale sau produse de om), generate de fenomene nedorite şi care se suprapun
peste semnalul util;
- zgomote termice – care sunt dominante în cazul transmisiilor prin satelit
şi care sunt generate de suprafaţa solului terestru şi de sistemele biologice;
- zgomotul atmosferic, care poate fi:
- zgomot solar (cu ciclul de cca. 11 ani);
- zgomot stelar;
- zgomot cosmic.
Aspectele legate de raportul semnal/zgomot S/N (S ignal/ N oise) sunt
deosebit de importante, mai ales în cazul transmisiilor prin satelit, deoarece înacest caz atât semnalul util cât şi zgomotele sunt practic de acelaşi ordin de
mărime şi extragerea semnalului util din zgomot la recepţie poate să ridice
probleme.
Surse de mesaje
Sursele de mesaje (informaţie) folosite în radiocomunicaţii, ca de altfel
orice alte surse de informaţie, pot fi clasificate în:
- surse continue (analogice)
- surse discrete (numerice, digitale)
În legătură cu caracteristicile surselor, vom aminti numai de debitul de
informaţie, care reprezintă cantitatea de informaţie medie generată de sursă în
unitatea de timp.
Dintre sursele de informaţie analogică, vom aminti vocea umană şi
vorbirea, ale cărei caracteristici principale sunt:
- caracterul aleatoriu, nestaţionar şi discontinuu în timp;
- spectrul energiei (repartiţia în frecvenţă a energiei), foarte mult diferit de
la un sunet component la altul;
- domeniul spectral de ansamblu al sunetelor vocale cuprins, în
majoritatea cazurilor, între 80Hz şi 12KHz;
- structura neuniformă în timp a vorbirii – cuvintele şi frazele sunt
separate de pauze mai mari de 100ms, care reprezintă, pentru fiecare individ, cca.
50% din timp în cazul monologului şi cca. 70%, în cazul dialogului;
- debitul mediu al vorbirii cuprins între 80 şi 200 cuvinte/minut.
În replică, amintim principalele caracteristici ale auzului:
- domeniul de frecvenţe (audibilitate) perceput 20Hz 16KHz;
- sensibilitatea urechii depinde de frecvenţa şi intensitatea sunetului;
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
38/300
Radiocomunicaţii
28
- urechea este insensibilă la diferenţa de fază dintre două componente
ale semnalului sonor;
- efectul distorsiunilor neliniare este cu atât mai mare (mai supărător) cu
cât banda de frecvenţe ocupată de semnal este mai mare;
Aceste caracteristici enumerate mai sus sunt exploatate în transmisiile
telefonice utilizate în radiocomunicaţii (şi nu numai) în modul următor:
banda de frecvenţe alocată poate fi limitată la domeniul 3003400Hz,
suficientă pentru asigurarea inteligibilităţii;
insensibilitatea urechii la defazaje permite utilizarea modulaţiilor care nu
conservă faza, aşa cum este modulaţia SSB;
pentru canalele scumpe de radiocomunicaţii (cum sunt cele prin satelit),pauzele unei conversaţii, detectate convenabil, sunt utilizate pentru a intercala alte
mesaje (conversaţii, date etc.), metoda fiind cunoscută sub numele de interpolare
temporală.
Ca surse de informaţie discretă, amintim:
Textul , care conţine o informaţie numerică, produsă de o sursă
discretă, pe baza regulilor semantice (semnificaţia cuvintelor) şi sintactice (de
gramatică), proprii unei limbi. Teletextul, utilizat şi în radiocomunicaţiile maritime,
foloseşte un set de 128 caractere alfanumerice (litere, cifre, semne) şi comenzi.
Imaginile fixe alb-negru sunt documente bidimensionale, de natură
analogică la origine, dar care, pentru a fi transmise sunt transformate sub formă
numerică printr -o analiză secvenţială, de obicei punct-cu-punct (operaţia se
numeşte tramaj ). Astfel, imaginile sunt reprezentate prin puncte discrete a căror
intensitate luminoasă este cuantificată într -un număr finit de trepte de gri, iar
transmiterea se face linie-cu-linie. Acesta este principiul de funcţionare al
facsimilului (telecopierea), cunoscut de obicei ca fax .
Datele reprezintă, în general, informaţia de natură numerică, care,
pentru a putea fi prelucrată prin mijloace automate, este codată (codificată).
Termenul de date este folosit şi ca termen generic, pentru a desemna toate
categoriile de informaţii care pot fi transmise sub formă numerică prin diverse
reţele. Ca surse de date numerice se pot aminti: aparatura electronică de navigaţie
(de exemplu receptorul GPS), tehnica de calcul (calculatoarele, procesoarele),
interfeţele analog/numeric folosite pentru achiziţiile de date etc.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
39/300
Caracteristicile generale ale sistemelor de radiocomuni caţii
29
2.2. Caracteristicile canalelor de radiocomunicaţii
Pentru a se realiza o comunicaţie radio, adică transferul mesajului
(informaţiei) de la o sursă la un destinatar, fără ca prin această operaţie să se
piardă informaţie sau fără ca aceasta să fie distorsionată, este necesar ca sistemul
de radiocomunicaţii folosit să îndeplinească o serie de condiţii. Acest sistem,
constituit fizic din sursa de mesaje (informaţie), echipamentul de emisie,
echipamentul de recepţie şi mediul de transmisiune, la care se adaugă regulile
(protocoalele) după care se realizează transmisia mesajelor, este denumit deseori
canal de radiocomunicaţie.
Pentru a putea realiza o transmisie corectă şi eficientă printr -un canal de
radiocomunicaţii, trebuie îndeplinite următoarele condiţii:
1. Acordul dintre sursă şi destinatar , în ceea ce priveşte reprezentarea
simbolică a informaţiei de transmis (de exemplu: tipul de modulaţie folosit, codul
etc.);
2. Transparenţa (fidelitatea) canalului folosit, care trebuie să joace numai
un rol neutru în transmisie, fără să modifice informaţia transmisă;
3. Fiabilitatea canalului, care trebuie să asigure o permanenţă a legăturii
radio între corespondenţi;
4. Adaptarea canalului, atât din punct de vedere tehnic cât şi economic,
la tipul sursei şi al destinatarului;
5. Compatibilitatea informaţiei transmise cu canalul folosit;
6. Costurile transmisiunilor realizate printr-un canal de radiocomunicaţii,
corelate cu calitatea acestora, joacă de asemenea un rol important în alegerea
acestuia.
2.2.1. Parametrii unui canal de radiocomunicaţii
Pentru ca în procesul de propagare printr-un canal să nu rezulte o
deformare apreciabilă a informaţiei (semnalului transmis), este necesar ca orice
canal de radiocomunicaţii să fie controlat prin impunerea unor norme privind
parametrii săi. Unii dintre aceşti parametri, cum ar fi parametrii mediului de
transmisiune – atmosfera terestră – nu pot fi controlaţi. Alţi parametri, ca de pildă
nivelul puterii semnalului, distorsiunile de fază şi frecvenţă, banda de frecvenţă etc.
sunt controlaţi prin norme impuse de organizaţii internaţionale (ITU, CCIR etc.),
obligatorii pentru toţi participanţii la trafic.
Printre parametrii importanţi ai unui canal de radiocomunicaţii se numără:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
40/300
Radiocomunicaţii
30
Banda de frecvenţă – care reprezintă totalitatea frecvenţelor pentrucare nivelul semnalului nu scade cu mai puţin de 3dB faţă de cel corespunzător
unei frecvenţe de referinţă (de obicei frecvenţa centrală).
După banda de frecvenţă ocupată, canalele de radiocomunicaţii pot fi
clasificate în:
- canale de bandă îngustă
- canale de bandă largă
Lărgimea de bandă are implicaţii directe asupra debitului maxim admisibil
de transmitere a datelor (informaţiei) printr -un canal de radiocomunicaţii.
În prezent, datorită numărului extrem de mare de transmisii radio, spectrul
frecvenţelor “obişnuite” (100KHz 1GHz) este practic ocupat în totalitate, astfel încât orice participant la traficul radio trebuie să se încadreze cu stricteţe în banda
de frecvenţe alocată canalului de radiocomunicaţii pe care îl foloseşte, pentru a nu
perturba alte transmisiuni.
Frecvenţa purtăt oare (de lucru, de trafic) (numită carrier frequency în
limba engleză) a unui canal de radiocomunicaţii reprezintă frecvenţa semnalului
purtător nemodulat, care serveşte ca suport de transmitere a spectrului de
frecvenţe al semnalului util (mesaj vocal, date etc.).
Raportul semnal/zgomot S/N (factorul de zgomot)
Debitul de transmitere şi capacitatea canalului de radiocomunicaţii se
referă la transmisia de date codificate binar. Debitul de transmitere a informaţiei,
denumit şi rapiditate, ritm sau viteză de modulaţie, este dat de numărul de unităţi
binare de informaţie (biţi) emise timp de 1 secundă şi se măsoară în baud:
1 baud = 1 bit/s
Capacitatea canalului de a transmite informaţie binară depinde de banda
de frecvenţă (lărgimea) alocată canalului şi de raportul semnal/zgomot din canal şi
se exprimă în bit/s (bps).
Coeficientul de eroare reziduală CER – reprezintă o măsură a
frecvenţei erorilor care apar la transmisia datelor numerice pe un canal de
(radio)comunicaţii şi reflectă calitatea transmisiei. Depinde de nivelul perturbaţiilor
existente în canal şi de viteza de transmitere a datelor şi poate fi controlat prin
folosirea codurilor detectoare de erori şi a unei codificări adecvate. Deoarece nici
un cod nu este capabil să depisteze toate erorile introduse de canal, coeficientul
de eroare reziduală s-a definit plecând de la faptul că, din totalitatea erorilor
existente într -o transmisie de date, o fracţiune reprezintă erori detectate şi
recuperate, iar o altă fracţiune constituie erori nedetectate:
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
41/300
Caracteristicile generale ale sistemelor de radiocomuni caţii
31
Numărul de biţi (caractere) eronate transmişi şi nedetectaţi(e)
Numărul total de biţi (caractere) transmişi(e)
2.2.2. Clasificarea canalelor de radiocomunicaţii
a) După posibilităţile pe care le oferă în privinţa sensului în care se
transmit informaţiile, există:
- canale simplex
- canale semi-duplex (half-duplex )
- canale duplex (full-duplex)
Pe un canal simplex informaţia este vehiculată într -un singur sens, de la
emiţător la receptor, folosindu-se o singură frecvenţă de lucru şi o singură antenă.
Trecerea de la emisie la recepţie şi invers se face printr -o comutare manuală, în
repaus antena fiind comutată automat pe recepţie. Deşi acest sistem cere o
anumită disciplină a convorbirilor, el are o mare răspândire, la trafic putând
participa simultan mai multe staţii.
Sistemul semi-duplex permite transmiterea mesajelor pe canal în ambele
sensuri, dar nu simultan, ci la momente diferite, prin alternarea sensurilor. Acest
sistem derivă din sistemul simplex, fiind dotat cu două frecvenţe de lucru – una
pentru emisie şi una pentru recepţie.
Sistemul duplex permite legătura radio simultan în ambele sensuri. El
este, de fapt, echivalentul a două sisteme simplex utilizate în sensuri opuse, emisia
şi recepţia având loc simultan, pe două frecvenţe diferite şi folosind aceeaşi
antenă, cele două sensuri fiind separate de un filtru direcţional de antenă (filtru
duplex). Dezavantajul major al acestui tip de transmisiuni este acela că o
convorbire nu se poate realiza simultan decât între 2 staţii.
b) După tipul informaţiei transmise, canalele pot fi:
- canale radiotelefonice (pentru transmisii în fonie);
- canale telex;
- canale fax (facsimil);
- canale de date.
Trebuie precizat faptul că, pe acelaşi canal radio, de exemplu pe un canal
CER =
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
42/300
Radiocomunicaţii
32
pentru transmisii de telefonie SSB, se pot transmite şi alte categorii de informaţii,de exemplu mesaje telex sau fax.
2.3. Clasificarea reţelelor de radiocomunicaţii
În prezent, cele mai multe sisteme de radiocomunicaţii sunt organizate în
reţele de radiocomunicaţii, care pot permite realizarea de legături între o
multitudine de puncte. Aceste reţele radio pot fi integrate cu reţele terestre de
comunicaţii prin cabluri sau fibre optice, realizându-se astfel un complex de reţelede comunicaţii.
Reţelele de radiocomunicaţii pot fi clasificate după multe criterii. Astfel:
a) După modul în care circulă informaţia, reţelele de radiocomunicaţii pot fi:
reţele de difuzare, în care informaţia este transmisă unilateral, de la o
sursă spre mai mulţi destinatari;
reţele de colectare, în care informaţiile provenind de la mai multe
surse sunt transmise spre acelaşi destinatar;
b) După modul în care este menţinută legătura radio între partenerii de
trafic, există:
reţele stabile, în care legăturile sunt permanente;
reţele comutate (în comutaţie), în care legăturile sunt realizate la
cerere, reţeaua dispunând şi de dispozitive capabile să interpreteze şi să execute
solicitările
c) După modul (aria geografică) de acoperire, deosebim:
reţele locale;
reţele cu acoperire medie (suprafaţa unei ţări, de exemplu);
reţele cu acoperire mare (care pot acoperi o regiune sau o zonă
geografică);
reţele cu acoperire globală (care acoperă întreaga suprafaţă
terestră).
d) După modul de constituire a canalului de comunicaţie, reţelele pot fi cu:
diviziune în frecvenţă (F requency Division FD);
diviziune în timp (Ti me Division TD);
diviziune în cod (C ode Division CD);
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
43/300
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
44/300
Radiocomunicaţii
34
Capitolul 3
3. ELEMENTELE TEHNICE ALE RADIOLEGĂTURILOR
3.1. Benzi de frecvenţă
La Convenţia ITU (I nternational T elecomunications U nion – Uniunea
Internaţională de Telecomunicaţii - UIT) de la Atlantic City din anul 1947, spectrul
undelor radio a fost subdivizat potrivit Tabelului 3.1.
Trebuie subliniat că această împărţire are un caracter convenţional,
întrucât fenomenele naturale de propagare, absorbţie, difracţie etc. nu au cum să
se încadreze în coloanele unui tabel. Ea este însă folosită pentru scopuri didactice
şi administrative.
Tabelul 3.1. Benzile de frecvenţă din domeniul undelor herziene
Banda Gama de
frecvenţă
Simbolul
utilizat
Simboluri în
lb. română
4 B Mam 3 – 30 KHz VLF UFL - FJF
5 B Km 30 – 300 KHz LF UL - JF
6 B hm 300 - 3000 KHz MF UM - MF
7 B dam 3 – 30 MHz HF US - IF
8 B m 30 – 300 MHz VHF UFS - FIF
9 B dm 300 - 3000MHz UHF UUS - UIF
10 B cm 3 – 30 GHz SHF USS - SIF
11 B mm 30 – 300 GHz EHF UES - EIF
12 B dmm 300 - 3000 GHz
Semnificaţia notaţiilor din tabel este următoarea:
4. B Mam – banda undelor miriametrice (UFL – unde foarte lungi)
VLF – very low frequency – foarte joasă frecvenţă - FJF
5. B Km – banda undelor kilometrice (UL – unde lungi)
LF – low frequency – joasă frecvenţă - JF
6. B hm – banda undelor hectometrice (UM – unde medii)
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
45/300
Elementele tehnice ale radiolegăturilor
35
MF – medium frequency – medie frecvenţă - MF7. B dam – banda undelor decametrice (US – unde scurte)
HF – high frequency – înaltă frecvenţă - ÎF
8. B m – banda undelor metrice (UUS – unde ultrascurte)
VHF – very high frequency – foarte înaltă frecvenţă - FIF
9. B dm – banda undelor decimetrice
UHF – ultra high frequency – ultra înaltă frecvenţă - UIF
10. B cm – banda undelor centimetrice (USS – unde suprascurte)
SHF – supra high frequency – supra înaltă frecvenţă - SIF
11. B mm – banda undelor milimetrice (UES – unde extrascurte)
EHF – extra high frequency – extra înaltă frecvenţă - EIF
12. B dmm – banda undelor decimilimetrice
Alocarea (asignarea, repartizarea) benzilor de frecvenţă diverselor servicii
de radio şi telecomunicaţii pe suprafaţa globului se face conform unor reguli,
convenţii, regulamente acceptate pe plan internaţional, elaborate de către
organisme internaţionale abilitate în acest scop şi recunoscute de autorităţile de
resort naţionale din fiecare stat semnatar al acestor convenţii.
Repartizarea benzilor de frecvenţă diverselor servicii de radiocomunicaţii
pe suprafaţa globului s-a făcut împărţindu-se suprafaţa globului în 3 regiuni cu
anumite caracteristici comune:
Regiunea I – Europa, Africa, Nordul Asiei, Orientul apropiat (fără Iran),
Turcia, ţările fostei URSS şi Mongolia.
Regiunea a II-a – Cele două Americi şi Groenlanda.
Regiunea a III-a – Sudul Asiei, Australia, Indonezia, Insulele Pacificului,
Iran.
Pentru fiecare din cele 3 regiuni, alocarea benzilor de frecvenţă se face
separat.
3.2. Propagarea undelor electromagnetice
3.2.1. Unde foarte lungi VLF (15 30KHz)
Propagarea acestor unde se caracterizează prin aceea că ele urmăresc
curbura Pământului şi de aceea sunt cunoscute şi sub denumirea de “unde de
supr afaţă” (ground wave).
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
46/300
Radiocomunicaţii
36
De obicei se folosesc pentru transmisii ţărm-navă, deoarece puterilefolosite (de ordinul sutelor de KW) şi dimensiunile fizice ale câmpurilor de antene
de emisie fac imposibilă emisia în această gamă de frecvenţe de pe o navă.
Radiaţia VLF penetrează în apa de mare până la adâncimi de câţiva metri
şi de aceea transmisiile în această gamă de frecvenţă sunt folosite pentru
comunicaţiile cu submarinele aflate în imersiune.
Undele foarte lungi VLF sunt reflectate de către stratul D al ionosferei şi
prin acest mecanism de propagare Pământ -ionosferă este posibil să se realizeze
legături radio la distanţe enorme, de până la 12.000Mm, atenuarea radiaţiei fiind
foarte redusă.
3.2.2. Unde lungi LF (30 300KHz)
Aceste unde se propagă în condiţii identice atât ziua cât şi noaptea şi
ocolesc obstacolele prin fenomenul de difracţie. Energia radiată orizontal se
propagă la suprafaţa solului la distanţe destul de mari prin aşa numita undă de
suprafaţă (ground wave). Energia radiată vertical şi oblic prin aşa numita undă
spaţială (sky wave) este pierdută în cea mai mare parte.
Antele de emisie pentru această gamă de unde se construiesc astfel încât
să favorizeze radiaţia orizontală.
Deoarece undele lungi sunt absorbite de sol (mai puternic decât radiaţiile
VLF ), extinderea distanţei de transmisie se realizează prin mărirea puterii
emiţătorului. Absorbţia radiaţiilor LF creşte cu frecvenţa. Suprafaţa mării absoarbe
mai puţin aceste unde decât suprafaţa Pământului.
Undele lungi LF sunt şi ele reflectate de către stratul D al ionosferei, iar
efectul este mai stabil decât în cazul undelor VLF .
Cu ajutorul emisiilor în unde lungi LF se pot realiza legături radio pe
distanţe cuprinse între 1.000 2.000Mm, folosind emiţătoare de mare putere şi
antene corespunzătoare.
3.2.3. Unde medii MF (300KHz 3MHz)
În cazul acestor unde, energia radiată orizontal prin unda directă, care se
propagă paralel cu suprafaţa solului (aşa numita undă de suprafaţă – ground
wave), este absorbită puternic, absorbţia crescând cu scăderea lungimii de undă.
În general, unda directă este total atenuată după câteva sute de kilometri.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
47/300
Elementele tehnice ale radiolegăturilor
37
Fig. 3.1. Unda de suprafaţă (ground wave)
Energia radiată vertical şi oblic prin undele indirecte (unde spaţiale), odată
cu apusul soarelui şi cu căderea nopţii, este reflectată de unele straturi ale
ionosferei şi se întoarce la suprafaţa solului la sute şi chiar mii de kilometri distanţă
de emiţător. Acest fenomen este supărător, deoarece dă naştere la interferenţe
între semnalele diferitelor staţii de emisie lucrând pe aceeaşi frecvenţă, dar în
regiuni geografice foarte depărtate între ele. De asemenea, datorită faptului că, în
condiţiile de propagare favorabilă din timpul nopţii, un receptor poate recepţiona
acelaşi semnal care se propagă pe căi diferite, se manifestă fenomenul numit
fading de interferenţă (vezi subcapitolul 3.3).
3.2.4. Unde scurte HF (3 30MHz)
Lungimea de undă a acestor radiaţii este cuprinsă între 10m şi 100m şi de
aici denumirea de unde decametrice.
Unda directă (de suprafaţă), care se propagă la suprafaţa solului, este
absorbită rapid, indiferent de puterea la emisie.
În cazul undelor scurte prezintă deosebit interes unda spaţială (indirectă,
reflectată). Această undă, după o primă reflexie în straturile ionizate ale atmosferei
(ionosferă) revine la suprafaţa Pământului, putând suferi o nouă reflexie ş.a.m.d.
Evident, aceste reflexii se produc cu o atenuare mai mare sau mai mică care este,
în principal, funcţie de condiţiile de propagare şi de frecvenţa folosită pentru a
realiza legătura radio la momentul de timp respectiv. Reflexia undelor scurte pe
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
48/300
Radiocomunicaţii
38
straturile ionosferei permite realizare unor legături radio la mare distanţă, de ordinulmiilor de kilometri.
Propagarea undelor scurte HF prin reflexie este dependentă direct de
modificările de densitate şi altitudine produse în timp în diferitele straturi ionizate
ale atmosferei terestre. Aceste straturi sunt:
Stratul sporadic E – aflat la 100 120Km altitudine, care se formează
sub acţiunea soarelui, dar care persistă şi în timpul nopţii.
Stratul F – aflat la cca. 300 400Km, în timpul nopţii şi care, în zilele de
vară, se divizează în două straturi:
- stratul F1 – aflat la cca. 200Km
- stratul F2 – aflat la cca. 320 400Km
Iarna, în timpul nopţii, există un singur strat F, la altitudinea de cca. 225
250Km. Stratul F este cel mai important din punctul de vedere al
radiocomunicaţiilor.
Sub stratul E se găseşte stratul D, la înălţimea de 50 - 90Km, strat care
are, de asemenea, o influenţă asupra propagării undelor radio, el mai mult
absorbind decât reflectând radiaţiile incidente. Totuşi, în gamele VLF şi LF , stratul
D poate reflecta undele radio, astfel încât, prin reflexia pe acest strat se pot realiza
legături radio sporadice la câteva mii de kilometri, cu o atenuare redusă a radiaţiei
emise.
Fig. 3.1. Straturile atmosferei
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
49/300
Elementele tehnice ale radiolegăturilor
39
Transmisiile radio în unde scurte (HF ) depind pronunţat de condiţiile depropagare. Astfel, se constată că:
a) Pentru lungimi de undă cuprinse între 60 100m, în timpul zilei se pot
realiza transmisii radio până la distanţe de sute de kilometri, care se extind
noaptea şi spre dimineaţă până la mii de kilometri.
b) Pentru = 2030m, saltul se măreşte şi ziua se pot realiza legături
radio până la antipozi.
c) Sub lungimea de undă de 20m, în perioadele de ionizare redusă
cauzată de erupţii solare, radiaţii crepusculare etc., mărirea unghiului de reflexie
poate împiedica unda reflectată să mai întâlnească suprafaţa Pământului, odată cu
venirea nopţii, sau chiar ziua (pentru 10m), radiaţia penetrând stratul ionizat.
Factorii care influenţează puternic propagarea undelor scurte sunt:
- Petele solare – cu cât numărul lor este mai mare, cu atât propagare
undelor scurte este mai bună. Activitatea solară este ciclică, durata ciclului solar
fiind de cca. 11ani.
- Fluxul solar (energia emisiei radio a Soarelui) – cu cât acesta este mai
intens, cu atât propagarea este mai bună;
- Câmpul magnetic terestru – care variază zilnic, ca şi fluxul solar, iar
intensitatea sa influenţează propagarea undelor scurte. În cazul unei activităţi
geomagnetice intense, propagarea undelor scurte este proastă şi ea poate înceta
cu desăvârşire în situaţia în care are loc o furtună magnetică puternică. În acest
caz are loc o întrerupere practic totală a legăturilor radio în unde scurte, iar
fenomenul este cunoscut sub denumirea de black-out.
Frecvenţa maximă utilizabilă (MUF)
MUF reprezintă frecvenţa maximă utilizabilă (M aximum U sable
F requency ), care este reflectată de un anume strat al ionosferei. Ea depinde de
următorii factori:
- perioada din zi sau noapte;
- anotimp;
- latitudine;
- perioada din ciclul petelor solare.
Aceşti factori determină proprietăţile fizice ale ionosferei.
MUF variază în funcţie de stratul ionosferei care realizează reflexia undei
spaţiale spre Pământ. Pentru fiecare strat al ionosferei, cea mai mare MUF se
obţine când radiaţia este emisă tangenţial cu suprafaţa Pământului şi deci este
incidentă cu stratul respectiv cât mai oblic cu putinţă. După cum se poate observa
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
50/300
Radiocomunicaţii
40
în figura 4.2, această situaţie corespunde unui parcurs Pământ – Pământ de cca.4.000Km (2.200Mm), în cazul reflexiei pe stratul F2 (traseul A), sau de 2.500Km
(1.300Mm), în cazul reflexiei pe stratul E (traseul B).
Unda care părăseşte Pământul sub cel mai mare unghi de elevaţie (traseul
C) va penetra stratul respectiv. Pentru a putea realiza o legătură radio sub acest
unghi, căruia îi va corespunde o distanţă mică între punctele de emisie şi recepţie,
va trebui să se reducă frecvenţa radiaţiei emise (traseul D).
Fig. 3.2. Reflexiile undelor spaţiale pe straturile ionosferei [12}
Când radiaţia este emisă vertical (figura 3.3), frecvenţa cea mai mare la
care se produce reflexia pe un strat anumit se numeşte frecvenţă critică f o. Această
frecvenţă este mult mai mică decât MUF pentru incidenţa oblică şi poate fi
calculată cu relaţia aproximativă:
MUF = f o / cos A
unde A este unghiul de incidenţă al undei cu stratul ionosferei.
La frecvenţe mai mari decât f o, unda va penetra stratul ionosferei şi se va
pierde, dar dacă unghiul sub care se emite este micşorat progresiv, la o anumită
valoare a acestuia se va produce reflexia. Acest unghi se numeşte unghiul critic al
undei (radiaţiei). Semnalul emis sub acest unghi (figura 3.3) va putea fi recepţ ionat
la o distanţă mai mare (receptorul Rx2), decât cel corespunzător undei directe (de
suprafaţă). Pe măsură ce unghiul de emisie se micşorează, semnalul se va putea
recepţiona la distanţe din ce în ce mai mari (de exemplu receptorul Rx3).
Receptoarele Rx2 şi Rx3 pot recepţiona semnalele prin reflexia undei emise
de către straturile ionosferei în punctele P2 şi P3. Punctul P2 reprezintă punctul cel
mai apropiat de emiţător, în care se poate produce reflexia la frecvenţa folosită
pentru emisie.
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
51/300
Elementele tehnice ale radiolegăturilor
41
Distanţa de la emiţătorul Tx la receptorul Rx2 se numeşte distanţa de salt(skip distance) şi reprezintă distanţa minimă la care poate fi recepţionată unda
reflectată.
Fig. 3.3. Distanţa de propagare funcţie de unghiul de emisie [12]
În punctul P1 ionizarea straturilor de aer nu este suficient de puternică
pentru a se produce reflexia undei incidente. Receptorul Rx1 reprezintă punctul la
care semnalul emis mai poate fi recepţionat prin unda de suprafaţă. Zona dintre
Rx1 şi Rx2 se numeşte zonă de tăcere sau zonă moartă (skip zone). Aceasta este o
zonă inelară din jurul antenei de emisie, situată între zona de recepţie cea mai
depărtată a undei directe şi zona de recepţie cea mai apropiată a undei reflectate.
Aria ei depinde de frecvenţă, înălţimea stratului de reflexie, anotimp, perioada din
zi sau noapte etc. În această zonă nu se mai recepţionează unda directă şi nici
unda reflectată.
Când frecvenţa de emisie este mai mică decât frecvenţa critică f o, nu se va
produce nici un fel de reflexie (salt). Acesta este cazul frecvenţelor mai mici de
8MHz.
Unghiul critic al undei emise, pentru un anume strat al ionosferei, depinde
de frecvenţa de emisie şi scade cu creşterea frecvenţei. Prin urmare, distanţa de
salt creşte odată cu creşterea frecvenţei. Înseamnă că MUF reprezintă frecvenţa
limită care nu trebuie depăşită la emisie pentru ca semnalul să poată fi recepţionat
după zona de tăcere. Ca urmare a acestui fapt, distanţa de salt se extinde spre
receptor pe măsură ce frecvenţa se apropie de MUF . Straturile de reflexie ale
ionosferei absorb totuşi o parte a radiaţiei incidente şi acest efect scade pe măsură
ce frecvenţa de lucru se apropie de MUF .
Consecinţa directă a fenomenelor descrise mai sus este aceea că, pentru
o legătură radio anume, frecvenţa optimă de lucru este imediat inferioară MUF .
-
8/17/2019 ATT_1445332067460_Curs SEC.pdf
52/300
Radiocomunicaţii
42
Fig. 3.4. Propagarea undelor radio la diferite frecvenţe
Frecvenţa minimă utilizabilă (LUF)
Pe măsură ce frecvenţa de operare folosită se reduce, reflexia acesteia se
produce pe straturile mai joase ale ionosferei. Totuşi, la joasă altitudine şi mai ales
în stratul D al ionosferei, se produce o absorbţie a energiei radiaţiei datorită
coliziunii electronilor din unda radio cu moleculele de aer. Acest efect creşte la
scăderea frecvenţei, iar frecvenţa limită inferioară până la care mai are loc reflex ia
radiaţiei emise pe un anume strat al ionosferei se numeşte frecvenţă minimă
utilizabilă LUF – Lowest U sable F requency .
Dacă MUF era determinată practic numai de proprietăţile fizice ale
ionosferei, LUF depinde şi de puterea radiaţiei emise, precum şi de sensibili
