Sistemi za emitovanje radio signala

2.

Audio uređaji i sistemi za

emitovanje signala

Sadržaj:

1. Uvod 1

2. Osnove radio Sistema 1

3. FM link 2

1.1 Stereo coder

4. FM predajnik 5

4.1 VCO Modul 9

4.2 Izlazni tranzistor – LD MOS 11

4.3 Sprežnici - delitelji 14

5. Filtri 15

5.2 Koeficijent refleksije i koeficijent stojećih talasa 16

5.3 Talasna dužina, fazna i grupna brzina 18

6. Koaksijalni vod 18

7. Antenski sistem 19

8. Predajne antene 19

8.1 Polarizacija antene 19

8.2 Primena antena 20

8.2.1 Simetrični dipol 20

8.2.2 Yagi- Uda 22

8.2.3 Log periodična antena 22

Literatura 24

1. Uvod

Radio-televizijski sistemi su jedan od najvažnijih telekomunikacionih sistema za prenos I

distribuciju multimedijalnog sadržaja. Jedan takav sistem se grubo može podeliti na dva

nezavisna dela - studijsku i emisionu tehniku. Emitovanje, tj. distribucija, televizijskog signala u

zemaljskoj televiziji odvija se putem radio-talasa, stoga su RF i mikrotalasne pasivne

komponente neizostavni deo svakog emisionog sistema.

U prvom poglavlju ukratko je opisana struktura i princip funkcionisanja radio sistema.

Definisani su osnovni pojmovi vezani za sam proces formiranja audio signala i dat je pregled

najvažnijih standarda koji se danas koriste. Takođe, opisana je obrada i put koji signal pređe od

samog nastanka do distribucije širokom auditorijumu - slušaocima . Pregled komponenti

specifičnih za RF i mikrotalasne učestanosti koje su esencijalne za funkcionisanje radio sistema

dat je u drugom poglavlju. Izdvojene su najbitnije osobine elektromagnetskih talasa, a posebna

pažnja posvećena je strukturama za vođenje talasa, usmerenim sprežnjacima, deliteljima snage i

kombajnerima, multiplekserima, cirkulatorima I izolatorima, kao i filtrima i antenskim

sistemima. Objašnjen je ukratko princip funkcionisanja komponenti, definisani osnovni pojmovi

koji se koriste u njihovoj karakterizaciji kao i najčešća primena u praksi.

1. Osnove radio sistema

Radio sistem je telekomunikacioni sistem za emitovanje i difuziju zvuka na daljinu. Struktura i

način rada jednog sistema za radio prenos najlakše se može objasniti pomoću šeme sa slike 1.

Slika 1. Blok šema TV Sistema

Prvo, postoje različiti izvori samog sadržaja radio programa. Sadržaj može biti snimak iz studija,

prilog iz dopisništva, prenos uživo ili emisije. Ukoliko se ne emituje odmah, snimljani sadržaj se

čuva na na lokaciji i mediju koji se predviđeni za arhiviranje materijala- serverima. Dakle, sa

slike 1.1 vidimo da postoje dava bloka I to studijski i emisioni. Deo sistema se u kojem se signal

obrađuje I šalje ka emisionoj lokaciji naziva studijska tehnika.

Signal iz mastera ide dalje u terminal ili mašinsku sobu, gde se sakupljaju svi signali koji treba

da se emituju. U terminalu se vrši dodatna obrada i signal se priprema za slanje mikrotalasnim

linkovima (nazivaju se još i radio-relejne veze).

Mikrotalasne veze su izuzetno usmerene i odvijaju se na učestanostima reda GHz, tako da ne

smetaju jedna drugoj.

Emisionu lokaciju čine : antenski stub, emisiona sala, antenski system sa talasovodo ili

koaksijalnim antenskim kablom i predajnikom. Emisione antene imaju zadatak da

dostave signal što većem broju gledalaca i zbog toga su one izuzetno neusmerene. Da ne bi

došlo do interferencije, svakom emisionom centru se dodeljuje skup kanala (frekvencija) sa

kojima može da radi.

Emisioni centri i mikrotalasni linkovi spadaju u emisionu tehniku.

U zavisnosti od zone prostiranja odnosno od zone pokrivenisti, stanice delimo na: lokalne ,

regionalne i nacionalne. Samim time i emisione objekti podrazumevaju smeštaj opreme na

1

različitim lokacijama. Kod lokalnih je to ugalavnom u sopstvenoj režiji, dok regionalne I

nacionalne koriste lokacije od velikih emitera.

Za razliku od televizijskih emitera gde je zakonom uređen etar i postoji samo digitalni način

prenosa slike do krajnjeg korisnika, kod radio stanica je to drugačije.

Naime, I dalje signal se emituje analogno. U pripremi je zakon o radiodifuziji koji takođe kaze

da radijski program, takođe, treba da se emituje digitalno (DAB- digital audio brodcast).

U nekim zemljama je DAB je pušten eksperimentalno. Jedini problem digitalnog emitovanja

radijskog signala je vozilo u pokretu. Kod analogije kada je niži nivo polja, signal počinje da

šuška ili je nižeg nivoa. Kod digitalnog emitovanja u tim delovima gde je niži nivo, njega

praktično nebi bilo.

Proivodnja programa kao I prenos do predajnika kao I modulacija mogu biti , čak je I poželjno,

digitalni. Digitalnim zapisom kao I prenosom, u signalu ne postoje nus pojave (šum, brujanje).

Postoji nekoliko načina prijema radijskog itelevizijskog signala od strane krajnjih korisnika.

Najstariji način prijema radijskog signala je preko antene naziva se zemaljska ili

terestrialna radio difuzija (TTV - Terrestrial TeleVision). Pored ovog načina uveliko se koriste

mogućnosti prijema putem kabla (CATV - Community Antenna Television) ili putem satelita. U

poslednje vreme, razvijaju se nove tehnologije, kao što su IPTV, koja predstavlja prijem signala

preko Internet protokola putem DSL ili optičkih linija, i MMDS (Multichannel Multipoint

Distribution Service) koja se naziva još i bežični kabl. Neki standardi uključuju i mogućnost

prijema radijskog signala putem mobilne telefonije.

Emisiona tehnika počinje sa mikrotalasnim linkovima koji prestavljaju vezu između terminal,

studia I meisione lokacije.

2. FM Link

Mikrotalasni radio prenos je tehnologija koji koristi usmereno zračenje (snop) radio-talasa u

mikrotalasnom opsegu učestanosti za prenošenje digitalnih i analognih signala, između dve

lokacije koje mogu biti udaljene od nekoliko metara do nekoliko stotina kilometara. Radio talasi

se prenose između dve lokacije koristeći usmerene antene, formirajući fiksnu radio vezu između

te dve tačke.

Jedan od najzastupljenijih uređaja na našim prostorima je ELCA, slika br.2

Skika 2. ELCA predajnik i prijemnik 1,5GHz

2

Frekventni opseg rada uređaja XPT/R-2G je od 1300 – 2600 MHz a frekventna stabilnost iznosi

±1000Hz. Visok kvalitet frekvencijske modulaciji i visok odnos signal-šum stavlja ovaj

proizvod na mesto broj 1 kada su u pitanju radijski linkovi. Svi parametri uređaja (frekvencija,

nivo, mono/stereo, pre-emphasis, snaga) se setuju preko tastature na uređaju i memorišu u

E²PROM. Parametri uređaja se direktno očitavaju na LCD displeju. Uređaji iz ove serije

podržavaju pet različitih audio signala (L, L/R, MPX, SCA1, SCA2).

Uređaj ELCA XPT-2G predajnik opremljen širokopojasnim pojačavačem maksimalne izlazne

snage 5W sa automatskom kontrolom pojačanja. Ova jedinica opremljena je izlaznim filtrom

koji sprečava pojavu neželjenih emisija.

Opcije

uređaja

• Stereo dekoder – dodatna ploča za dekodovanje stereo signala

• AGC – dodatna ploča koja omogućava kontrolu frekvencijske modulacije

• Remote control – daljinski nadzor pomoću GSM modema

Uz dve helikoidne antene (slika br.3) zajedno sa koaksijalnim kablovima i konektorima čine

celinu (link) za prenos audio signala.

Slika 3. Helikoidna antena Aldena 950-1500MHz

3

Slika 4. Andrew koaksialni kabl i konektor ½“

Signal putem linkovske veze mozemo prenositi analogno i digitalno.

Digitalno AES/EBU ili AES3 standard za razmenu digitalnih audio signala između

profesionalnih uređaja i,

Analogno putem levog i desnog balansiranog kanala ili kao MPX signal. Ako se prenosi MPX

signal to znači da u okviru predajnog dela poseduje stereo coder.

3.1 Stereo coder

MPX signal nastaje kada signal glavnog kanala (L+R) se prenosi kao baseband zvuk ograničen

na opseg od 30Hz do 15KHz. Signal(L+R) je ampitudno modulisan na 38KHz signal sa

dvostrukim bočnim opsegom (DSB-SC) koji zauzima opseg od 23-53 KHz. Pik ton 19KHz,

nalazi se na tačno pola frekvencije pod-nosača od 38KHz i sa precizno faznom vezom sa njim,

takođe generisanom. Ton od 19KHz se prenosi na 8-10% ukupnog nivoa modulacije i koriste se

kod prijemnika pegeneriše podnosač 38KHz sa ispravnom fazom.

MPX signal takođe generiše i signal za prenos data podataka, RDS signal.

RDS podaci se šalju u donjem bočnom opsegu od 4KHz koji se nalazi između gornjeg stereo

signala i trećeg harmonika na 57 KHz. Treći harmonik je izabran da smanji interferenciju i

intermodulaciju između signala. Stopa prenosa podataka je samo 1187,5 bit/s, tako da je iz tog

razloga pogodna za slanje teksta. Grafički prikaz jednog MPX signala prikazan je na slici 2.3.

4

Slika 5. Tipični spektar za baseband signal

3. FM predajnik

FM predajnik je jedinstveni tranzistorski krug. U telekomunikacijama, modulacija frekvencije

(FM) prenosi informacije promenljivom frekvencijom talasnog nosača prema signalu poruke.

Generalno, FM predajnik koristi VHF radio frekvencije od 87,5 do 108,0 MHz za prenos i

primanje FM signala.

Primer jednog od predajnika nove generacije možemo videti na slici br.3.

Slika 6. FM predajnik „TEM Opera plu 300W“

Najvažnija karakteristika ovg predajnika je kvalitetan modulator i visok odnos signal-šum (s/n).

Izlaznom snagom predajnika upravlja mikrokontroler prilagođavajući maksimalnu izlaznu snagu

predajnika temperaturnim uslovima i stanju emisionog sistema (prilagođenje sistema). Svi

parametri predajnika (frekvencija, izlazna snaga, modulacioni signal L/R,MPX,AES/EBU, nivo

modulacionog signala, pre-emphasis..) mogu se postaviti preko tastature na uređaju. Uređaj

beleži alarmna stanja i to vreme početka i završetka alarma. Upotrebom tranzistora LDMOS

tehnologije šeste generacije proizvođač je projektovao predajnike praktično neuništive a pri

tome pouzdane i vrlo efikasne , najniža potrošnja električne energije na tržištu ove opreme.

Predajnici Opera plus serije poseduju MPX ulaz (opciono 2), L/R, AES/EBU ulaz i funkciju

automatskog prebacivanja audio ulaza a prema dodeljenom prioritetu za svaki aktivan ulaz u

5

predajnik. Opcije • RDS encoder • GSM modem daljinska kontrola i menadžment predajnika

preko GSM mreže • TCP/IP daljinska kontrola i menadžment predajnika WebServer/SNMP

interface.

Dakle, signal koji je stigao putem linkovske veze ovde se moduliše i kao takav ide preko

antenskog sistema u etar. Linkovskom vezom dolazi levi i desni kana (jedna od opcija) koji

prolazi kroz stereo koder koji od njega pravi stereo signal odnosno MPX signal koji u sebi moze

imati, nositi i RDS signa. Takav signal odlazi u etar gde sa prijemne strane postoji FM prijenik

koji preko svoje prijemne antene i FM tjunera prihvata takav signal. Signal koji je modulisan i

koji poseduje sve ono što treba da ima takav signal (levi i desni kanal, tonski podnosilac 19

odnosno 38KHz i RDS signal koji je smešten na frekvenciji od 57 KHz) preko FM tjuner dolazi

do demodulatora koji signal vraća, raspakuje, u prvobitno stanje.

Karakteristike pomenutog predajnika prikazane su u sledećim tabelama.

FREQUENCY - POWER

Frequency range ---------------------------------------------------------------------- 87.6 to 107.9MHz

Frequency setting --------------------------------------------------------------------------- 10 KHz steps

Internal setting mode ------------------------------------------------------------------------------ by keys

External setting mode ---------------by Optional remote control ( GSM-TCP/IP-RS232-RS485 )

Frequency stability-------------------------------------------------------------------------- ±250Hz/year

Frequency generation ---------------------------------------------------------------.--- PLL synthesizer

Modulation type --------------------------------------------------- direct VCO frequency modulation

Nominal frequency deviation ------------------------------------------------------------------- ±75KHz

RF output power ---------------------------------------- 0 to 10-20-50-100-200-250-300-400-500W

Power resolution setting ------------------------------------------------------------------------------- 5W

Power control stability --------------------------------------------------------------------------- < 0.2dB

Reverse output power control limit ----------------------------------------------------------- 1 to 30W

Harmonics emission ----------------------------------------------------------------------------- <-70dBc

Spurious emission -------------------------------------------------------------------------------- <-95dBc

Carrier reduction power ( carrier enable off ) ------------------------------------------------- >70dBc

Tabela 1. Specifikacija ferkvencije

MODULATION CAPABILITY

MONO (left or right) -------------------------------------------------------------------- 30Hz to 15KHz

STEREO (by internal stereo generator OPT) ---------------------------------------- 30Hz to 53KHz

MPX1 & MPX2 (opt) COMPOSITE (MONO or STEREO +RDS+ SCA) ----- 30Hz to 75KHz

SCA (opt) ------------------------------------------------------------------------------- 30Hz to 100KHz

RDS Ext---------------------------------------------------------------------------------- 30Hz to 100KHz

RDS Int (by internal RDS generator OPT) ----------------------------------------------------- 57KHz

Tabela 2. Modulacione karakteristike

6

CHARACTERISTICS IN MPX

Signal input ---------------------------------------------------------------------------- MPX Unbalanced

Input impedance ---------------------------------------------------------------------------600Ώ or 10kΏ

Input level ----------------------------------------- 0/+6/+12/dBm or Variable input level capability

Audio frequency response ( 50Hz to 57KHz) ------------------------------------------------- ±0.5dB

Total Harmonic Distortion THD ------------------------------------------------------------------<0.1%

Signal to noise referred at deviation of 75KHz------------------------------------------------- >70dB

Tabela 3. Karakteristike MPX signala

CHARACTERISTICS IN MONO

Signal input ---------------------------------------------------------------------------------- Left or Right

Input impedance --------------------------------------------------------------600Ώ (balanced) or 10kΏ

Unbalance rejection -------------------------------------------------------------------------------- >40dB


Pre-emphasis ----------------------------------------------------------------------- std.50us ( opt 75uS )

Audio frequency response ( 50Hz to 15KHz) ------------------------------------------------- ±0.5dB



Tabela 4. Karakteristike mono signala

CHARACTERISTICS IN STEREO

Signal inputs --------------------------------------------------------------------------------- Left & Right

Input impedance ------------------------------------------------------------- 600Ώ (balanced) or 10kΏ

Unbalance rejection -------------------------------------------------------------------------------- >40dB


Pre-emphasis ----------------------------------------------------------------------- std.50us ( opt 75uS )

Audio frequency response (30Hz to 15KHz) -------------------------------------------------- <0.3dB

Cross-talk between left and right channel ------------------------------------------------------- >40dB



Suppression of 38KHz ---------------------------------------------------------------------------- >70dB

Spurious suppression outside band ---------------------------------- .in according to ETS 300-384

Pilot reference for RDS encoder (19 KHz out) ------------------------------------------------- 1Vpp

Tabela 5. Karakteristike stereo signala

SCA-Ext RDS CHARACTERISTICS

Input (SCA1) --------------------------------------------------------------------------- BNC unbalanced

Input impedance ------------------------------------------------------------------------------------ 10KΏ

Frequency response (50KHz to 100KHz) ------------------------------------------------------ ±0.2dB

Modulation capability--------------------------------------------------------------------------- 0 to 10%

Tabela 6. Karakteristike RDS signala i externog ulaza

7

REMOTE CONTROL

AUX I/O on DB15 TC-TS rear panel connector Interface -------------------------------------------

LAN on front panel ( OPT) ------------------------------------ TCP-IP Web-Server/SNMP/SMTP

RS485 on rear panel ---------------------------------------------------------------------------------------

Internal GSM Modem ------------------------------------------------------------------------------ SMS

Tabela 7. Daljinska kontrola

POWER SUPPLY AND TEMPERATURE RANGE

Nominal Operating AC Mains Voltage ---------------------------------------------- 230VAC ±10 %

AC Mains protection fuses ------------------------------------------------------------- 2xT 8 AL 250V

50W Model Line Power ----------------------------------------- <120VA @ 50W RF Output Power

100W Model Line Power -------------------------------------- <175VA @ 100W RF Output Power



Nominal temperature range ---------------------------------------------------------------- - -5° to 45°C

Operating temperature range --------------------------------------------------------------- -10° to 50°C

Storage temperature range ----------------------------------------------------------------- -40° to 50°C

Tabela 8. Napajanja i temperaturni opseg

Na prednjoj strani uređaja se nalaze signalne diode koje prikazuju alarmna stanja i rad uređaja kao i

displej sa tasterima za podešavanje uređaja. Preko priključka, LAN modula RJ 45 uređaj je moguće

kontrolisati i podešavati preko računara. Izuzetno je bitan za kontrolu i podešavanje integrisane RDS

kartice. RDS uređaj može biti interni i externi. Na zadnjem delu uređeja nalaze se priključci za razne

konekcije. Levi i desni kanal, zatim externi MPX , externi RDS, dodatni externi ulaz SCA, i digitani

ulac AES/EBU. Na slici br. 4. prikazan je blok šema uređaja.

8

Slika 7. Blok šema uređaja

4.1 VCO modul

Naponom kontrolisan oscilator ili VCO je oscilator čija se frekvencija oscilovanja kontroliše

ulaznim naponom. Frekvencija oscilovanja se diktira priključenim DC naponom, dok se i

modulisani signali mogu dovesti na VCO što dovodi do frekvencijske modulacije (FM) ili fazne

modulacije (PM).

VCO se generalno može podeliti na dve grupe po tipu talasnog oblika koji proizvodi: 1)

harmonijski oscilatori, i 2) relaksacioni oscilatori.

Harmonijski oscilatori daju sinusoidalan talasni oblik. Sastoje se od pojačavača koji ima

adekvatno pojačanje i rezonantnog kola u povratnoj grani. Oscilacije se javljaju na rezonantnoj

frekvenciji. Neki primeri harmonijskih oscilatora su oscilatori sa kristalom i LC oscilatori. Kada

je deo kapacitivnosti rezonantnog kola varikap dioda, napon priključen na diodu menja

frekvenciju.

Relaksacioni oscilatori mogu generisati napon testerastog ili trougaonog oblika. Oni se najčešće

koriste u monolitnim integrisanim kolima (IC). Oni obezbedjuju širok spektar radnih frekvencija

koristeći minimalan broj dodatnih komponenti. Relaksacioni oscilator VCO moze se realizovati

na tri načina: 1) VCO sa uzemljenim kondenzatorom, 2) VCO sa zajedničkim emitorom i 3)

VCO sa prstenastim povezivanjem na kašnjenju. Prva dva tipa slično funkcionišu. Vreme

svakog stanja zavisi od vremena struje punjenja i pražnjenja kondenzatora. Na kašnjenju

bazirani VCO radi malo drugačije. Kod ovog tipa, imamo prstenasto povezivanje. Izlazna

frekvencija je sada funkcija od kašnjenja svake faze.

Harmonijski oscilator, VCO, ima određene prednosti nad relaksacionim oscilatorom:

Stabilnost frekvencije u zavisnosti od temperature, šuma i napajanja je mnogo bolja kod

harmonijskih VCO oscilatora.

9

Moze se precizno kontrolisati frekvencija jer se kontrolise pomocu kristala ili kola za

zadrzavanje.

Mana harmonijskih VCO oscilatora je sto se tesko implementiraju u monolitnim kolima (IC).

Relaksacioni oscilatori su bolje prilagodjeni za ovu tehnologiju. Relaksacioni VCO su

prilagodljivi na sirok spektar radnih frekvencija.

Slika 8. Šema naponom kontrolisanog oscilatora

Naponski kontrolisan kondenzator je jedan način pravljenja LC oscilatora čija frekvencija zavisi

od napona napajanja. Svaki inverzno polarisan pn spoj (dioda), pokazuje zavisnost kapaciteta od

napona i može se koristiti za promjenu frekvencije oscilatora u zavisnosti od napona

priključenog na diodu. Diode sa promjenjivim kapacitetom, varikap diode omogućavaju dosta

velike promene kapaciteta. Takve komponente su veoma upotrebljive za konstruisanje naponski

kontrolisanih oscilatora. Kod niskofrekventnih VCO, druge metode za promenu frekvencije

(promena punjenja kondenzatora uz pomoć naponski kontrolisanog izvora struje) se takođe

koristee

Frekvencija kod prstenastih oscilatora se kontroliše menjanjem napona napajanja ili punjenja

kondenzatora.

U uređajima novijeg datuma ugrađuju se DCO (digitalno kontrolisani oscilato), koji prestavlja

kombinaciju između naponsko kontrolisanog oscilatora i softvera koji njime upravlja (slika br.6)

10

Slika 9. Blok šema VCO modula

Sam prdajnik možemo kontrolisati na više načina: manualno na samom uređaju , putem GSM

mreže-SMS-om, i LAN mrežom preko TCP-IP WEBservera (SMTP/SNMP).

Pored manualnog načina kontrole i podešavanja, GSM je takođe se dosta koristi. Emisione

lokacije u većini slučajeva nemaju internet ali je zato GMS mreža prisutna. Putem sms poruke

11

možemo proveriti sledeća stanja uređaja: snagu, refleksiju, napon mreže odnosno status uređeja.

Takođe, možemo uključiti i isključiti uređaj kao i manjenje snage na vrednosti 25,50 i 75% od

ukupne snage. U samom uređaju možemo odrediti u kom vremenskom priodu će uređaj raditi sa

određenom (redukovanom) snagom, kao i mogućnost emitovanja dva različita signala u

određenom vremensko periodu.

Dakle, dolazni signal ulazi u modulator, osim ako nije digitalni, obrađuje se, zatim odlazi u

VCO gde dobija i frekventnu karakteristiku i kao takav odlati u pojačavač.

Pojačavači mogu biti integrisani (kao u našem slučaju ) i externi uređa. Raniji modeli predajnika

su uglavnom koristili externe pojačavače. Razlog je korišćenje tranzistora koji su trošili mnogo

više struje od sadašnjih. Samim time i napajanja su bila glomaznija. Česte promene napona u

mreži dovode do toga da poraste struja tranzistora a time veliga mogućnost pregorevanja.

4.2 Izlazni tranzistor - LD MOS

Tranzistori koji su korićeni u prethodnim generacijama uređaja bili su maximalne snage do

350W (BLF 278, MRF151G i sl.) Tranzistori u novijim generacijama uređaja koriste LD-

MOS(lateralnodifuzni poluprovodnik metalnih oksida) tranzistore (BLF168XR).

Lateralno difuzni MOSFET (LDMOS) je asimetrični MOSFET snage, dizajniran za nizak otpor

i visoki bloking napon. Ove funkcije se dobijaju stvaranjem difuznog polja u kanalu p-tipa , sa

malom pobudom u polju canala n-tipa . Niska pobuda na strani odlaza rezultira velikim slojem

smanjenja napona sa visokom blokadom napona. Raspon difuzije kanala se može definisati sa

istom maskom kao izvorni kanal, što rezultira kratkim kanalom sa velikom mogućnošću

podešavanja. Relativno bezbedna p- difuzija izaziva veliki radijus krivine na ivicama, što

eliminiše efekte ivica Diffuzija se može dodatno koristiti za dodatno povećanje dubine prelaza i

poluprečnika krivine.

Tipična struktura je prikazana na slici br.7 . Uređaj se može napraviti difuzijom kao i jonskom

implantacijom. Prvi region formira p- tip, praćen plitkim p + i n + regijama. N + regioni pružaju

i region za kontakt sa izvorom i odvodom. P + -region kontaktira p- tip telo, koji se tipično

skraćuje do izvora, čime se eliminiše efekat tela.

Slika 10. LD-MOS fet

12

Slika11. Ulazna ploča pojačavačkog dela

13

Slika 12. Izlazni modul pojačavačkog dela

Predajni je limitiran snagom izlaznog tranzistora. Od broja tranzistora definiše se izlazna snaga.

Znači, predajnici veće snage imaju više tranzistora. Oni se na neki način povezuju i puštaju u

paralelan rad.

14

4.3 Sprežnici - delitelji

Nači povezivanja bez gubitaka i bez smetnji (fazno sinhronizovan) moguće je preko određenih

delitelja. Na slici br.9 prikazan je Wilkinsonov delitelj snageili Wilkinsonov konbajner-

Slika 13. Delitelj snage-sprežnjak

Sprežnjaci sa raspodeljenom spregom

Ako su dva voda smeštena dovoljno blizu, deo energije koja se prostire jednim vodom preneće

se na drugi. Koliki deo energije će se preneti na drugi (nepobuđeni) vod zavisi od sprege između

vodova – što su vodovi bliži, veća je njihova međusobna sprega. Usmerenost se postiže

pogodnim izborom dužine spregnutih sekcija, u ovom slučaju to je / 4 . U praksi se pokazalo

da je bolje / 4 računati nešto iznad centralne frekvencije radnog opsega, jer se tada dobija bolji

frekvencijski odziv na gornjoj granici radnog opsega. Na slici br.10 je predstavljen jedan ovakav

usmereni sprežnjak.

Slika 14. Primer sprežnjaka sa raspodeljenom spregom - blok šema i fotografija

Kvadraturni 3dB-sprežnjak deli ulazni signal na dva jednaka dela, koji su fazno pomereni za 90

stepeni, što je poželjno u nekim primenama ali ne i ukoliko se želi postići da izlazi budu u fazi

ili ukoliko je potrebno signal podeliti na više delova. U tom slučaju koristi se delitelj snage koji

daje izlaze koji su u fazi i nije ograničen na samo dva izlaza.

Delitelji snage se koriste kad god je potrebno podeliti snagu održavajući pri tome dobro

prilagođenje na svim pristupima. Bitne karakteristike delitelja snage su - uneto slabljenje,

amplitudska i fazna odstupanja među izlazima, izolacija pristupa, prilagođenje i radni opseg.

Svaki pasivni delitelj snage je istovremeno i kombajner (sabirač snage), a da li će ova

komponenta raditi kao delitelj ili kombajner određeno je samo time koji pristupi se koriste kao

ulazni a koji kao izlazni.

15

U realnim deliteljima snage javljaju se gubici pa se definiše uneto slabljenje. U slučaju delitelja

snage sa dva izlaza nemamo samo slabljenje od 3 dB koje postoji zbog jednake raspodele snage,

već je ukupno slabljenje izlaznog signala tipično oko 3.15 dB. Razlika od 0.15 dB na prvi

pogled nije velika, ali treba imati u vidu da u sistemu često postoji nekoliko delitelja, pa ovako

akumulirano slabljenje može biti značajno. Kao i kod usmerenih sprežnjaka, kod delitelja snage

bitna su amplitudska i fazna odstupanja. Amplitudsko odstupanje govori o tome koliko se

razlikuju snage na pojedinačnim pristupima. Ukoliko, na primer, kod delitelja snage sa tri izlaza

na jednom pristupu merimo –4.98 dB, na drugom –5.00 dB, i na trećem –5.01 dB, izlazi se

razlikuju za 0.03 dB. U zavisnosti od broja izlaza, amplitudsko odstupanje se kreće od 0.2 do

0.5 dB. Fazno odstupanje se može posmatrati kao odstupanje od ulaza, ili kao maksimalno

odstupanje među izlazima. Tipično fazno odstupanje je reda 2o .

Jedna od najčešćih primena delitelja snage je deljenje signala na ulazu u pojačavač. Signal se

podeli na nekoliko pojačavača, a zatim se njihovi izlazi sabiraju kombajnerom, čime je

izbegnuto korišćenje pojačavača velikih snaga, koje je u praksi vrlo teško, a nekada I nemoguće

napraviti. Druga česta primena delitelja snage je kod emisionih antenskih sistema, gde su

neophodni za napajanje više antena pomoću jednog napojnog voda signalima koji najčešće treba

da budu u fazi.

Wilkinson-ov delitelj snage

Wilkinsonov delitelj snage omogućava različit broj izlaza, od kojih su svi u fazi, a moguća je

postići različitu raspodelu snaga na izlazima sa prihvatljivom tolerancijom. Na slici br.10.1

prikazana je blok šema i primer Wilkinsonovog delitelja snage u tehnici mikrotrakastih vodova.

Slika 15. Wilkinson-ov delitelj snage – blok šema i fotografija

Treba istaći da su uvodnici (ulazni i izlazni vodovi) delitelja 50-omski vodovi. Impedansa

sekcija vodova između uvodnika zavisi od broja izlaza. U slučaju delitelja sa dva izlaza, njihova

impedansa iznosi 50 2 70.7 Ω (u tehnici mikrotrakastih vodova, vodovi veće impedanse su

uži). Takođe, Wilkinson-ov delitelj ima otpornik između izlaznih vodova. Uloga otpornika je da

obezbedi izolaciju između izlaza. Da nema otpornika, izolacija bi bila veoma niska. Sekcije

vodova između uvodnika su dugačke po / 4 .

Signal koji izlazi iz 3db kuplera odlazi u filtersku sekciju u kojoj se deo signala, preko

atenuatora, odvaja za merenje.

4. Filtri

Filtri su fundamentalni gradivni blokovi RF i mikrotalasnih sklopova za postizanje

frekvencijske selektivnosti - propuštanje signala određenih frekvencija bez slabljenja I

nepropuštanje ostalih. Prema opsegu frekvencija koji se propušta, sve filtre možemo podeliti na

propusnike niskih učestanosti, propusnike visokih učestanosti, propusnike opsega učestanosti i

nepropusnike opsega učestanosti.

16

Propusnici niskih učestanosti (LP – Low Pass Filtri)

Propusnici niskih učestanosti, propuštaju niske a potiskuju visoke frekvencije. Tipično se

primenjuju u prijemniku iza lokalnog oscilatora, gde omogućavaju potiskivanje višeg

intermodulacionog produkta kao i na izlazu iz predajnika za potiskivanje harmonika i koji

predstavljaju interferenciju za ostatak sistema.

Propusnici opsega učestanosti (BP – Band Pass filtri)

Filtri propusnici opsega se primenjuju u oblastima gde mogu smanjiti interferenciju i šum

ograničavanjem širine frekvencijskog opsega signala koji ulazi u sistem. Takođe mogu biti

smešteni na ulaz sistema radi povećane selektivnosti prijemnika. Najpreciznije izdvajaju željeni

signal i zbog toga su zastupljeniji od ostalih.

Propusnici visokih učestanosti (HP – High Pass filtri)

Propusnik visokih učestanosti vrši upravo suprotnu funkciju od propusnika niskih učestanosti -

propušta učestanosti iznad neke granične učestanosti. Kod ovog filtra zapravo postoji gornja

granicčna učestanost, i ona treba da je dovoljno izvan opsega učestanosti za koji je filtar

projektovan. Jedna od najčešćih primena je kada signali niskih učestanosti izazivaju probleme u

sistemu, kao što su na primer smetnje na mreži za napajanje (50 Hz).

Nepropusnici opsega učestanosti (BP – Band Pass ili notch filtri)

Nepropusnici opsega nemaju tako veliki broj primena kao propusnici niskih i propusnici opsega

učestanosti. Obično se koriste u kombinaciji sa njima, kada je potrebno potisnuti interferenciju

za koju zanamo u kom delu spektra se nalazi, kao sto su viši harmonici ili intermodulacioni

produkti.

Slika 16. Šematske oznake za filtre - propusnik niskih učestanosti, propusnik visokih

učestanosti, propusnik i nepropusnik opsega učestanosti

Mereni signal odlazi na deo logike, softverski deo , koji kontroliše rad predajnika. Svi signali se

definišu određenim naponop, koji prestavlja u ovom slučaju izlaznu i reflektovanu snagu.

5.1 Koeficijent refleksije i koeficijent stojećih talasa

Na slici je prikazan primer kola sa vodom. Referentni smerovi napona i struja su kao na slici 10.

Rešavanjem jednačina telegrafičara (koje su specijalan slučaj Maxwell-ovih) dobija se da na

vodu postoje incidentni i reflektovani talas.

17

Slika 17. Primer jednostavnog kola sa vodom i referentni smerovi napona i struja na

njemu

Količnik napona incidentnog i reflektovanog talasa, naziva se koeficijent refleksije i iznosi:

Ukoliko je koeficijent refleksije jednak nuli kaže se da je prijemnik prilagođen na vod. U praksi

se češće daje koeficijent stojećih talasa, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) koji je povezan

sa koeficijentom refleksije relacijom:

Koeficijent refleksije u nekom preseku voda predstavlja bilinearnu transformaciju

normalizovane impedanse prijemnika zp=Zp/Zc:

Transformacija normalizovane impedanse u koeficijent refleksije i obratno, najlakše se vrši

pomoću Smith-ovog dijagrama. Sa Smith-ovog dijagrama lako se uočavaju i neke druge osobine

kola pa je ovakav način prikaza danas ugrađen u praktično sve mikrotalasne merne instrumente i

softverske alate.

Slika 18. Smitov dijagram

18

Na visokim frekvencijama je veoma teško ostvariti idealne kratke spojeve i otvorene veze, a čak

I kada se ostvare mogu izazvati kvar ili nepravilan rad uređaja koji se meri (npr. pojačavača).

Takođe, kod nekih uređaja koji su karakteristični za RF i mikrotalasne učestanosti nije uvek

moguće jednoznačno definisati struje i napone. Zato su uvedeni s-parametri (parametri

rasejanja) koji opisuju odnose intenziteta talasa koji se javljaju na pristupima mreže, kada je

jedan od njih pobuđen, a svi ostali zatvoreni prilagođenjima. Popularnost s-parametara potiče od

činjenice da ne zahtevaju kratak spoj i otvorenu vezu pristupa za njihovo određivanje, kao što je

to slučaj sa y, z i h parametrima. Treba imati u vidu se s-parametri odnose na linearna kola i kao

takvi nisu pogodni za opisivanje nelinearnih komponenti. S-parametri mikrotalasnih mreža se

predstavljaju matricom rasejanja. Parametar sii predstavlja koeficijent refleksije na pristupu i

kada su svi ostali pristupi zatvoreni nominalnim impedansama. Parametar sij predstavlja

koeficijent prenosa od pristupa j ka pristupu i pod istim uslovima.

5.2 Talasna dužina, fazna i grupna brzina

Talasna dužina, fazna i grupna brzina su tri bitna parametra koja opisuju talas na vodu. Talasna

dužina predstavlja rastojanje između dva najbliža transverzalna preseka sistema za vođenje

talasa u kojima je talas u fazi. Talasnu dužinu označavamo sa g (g potiče od "guided"). Fazna

brzina je brzina kojom bi trebao da se kreće posmatrač tako da talas uvek vidi u istoj fazi.

Označava se sa c. Grupna brzina predstavlja brzinu prostiranja faze sinusoidalne modulacije

prostoperiodičnog nosioca, i označava se sa g c . Pojava da grupna brzina zavisi od učestanosti

naziva se disperzija.

Zbog disperzije se talasni oblik (nesinusoidalnog) modulisanog signala izobličuje, što često

ograničava kapacitet sistema za prenos informacija. U tabeli 2. date su formule za računanje

ovih parametara.

Tabela 9. Talasna dužina, fazna i grupna brzina elektromagnetskog

talasa koji se prostire na Vodu

Vodovi su sistemi od dva ili više paralelnih provodnika. Najveću primenu u televizijskim

sistemima imaju koaksijalni i planarni vodovi.

19

5. Koaksijalni vod

Karakteristična impedansa koaksijalnog voda određena je njegovom podužnom induktivnošću I

podužnom kapacitivnošću kao što je navedeno u tabeli 2. Zbog uticaja skin efekta na

induktivnost, karakteristična impedansa nije potpuno nezavisna od frekvencije. Karakteristična

impedansa koaksijalnog voda (kada je dubina prodiranja mnogo manja od unutrašnjeg

poluprečnika voda) može se računati po obrascu:

gde je r relativna dielektrična permitivnost, b spoljašnji, a a unutrašnji poluprečnik

koaksijalnog voda. Pri visokim učestanostima, kada je površinski efekat izražen, koeficijent

slabljenja je srazmeran kvadratnom korenu iz učestanosti. Slabljenje se može smanjiti

povećanjem dimenzija voda.

Međutim, povećanje gabarita kabla dovodi do porasta težine i cene voda. Imajući u vidu

slabljenje, optimalan odnos spoljašnjeg i unutrašnjeg prečnika iznosi b/a=3.59. Za najčešće

korišćeni dielektrik, polietilen, 2.25 r , karakteristična impedansa voda koji unosi minimalno

slabljenje iznosi oko 50 Ω. Pored slabljenja, dimenzije voda se mogu optimizovati tako da vod

bude u stanju da izdrži što veći napon ili snagu. Maksimalna snaga koja se može preneti

koaksijalnim vodom ograničena je sa dva faktora. Prvi je proboj dielektrika zbog jakog

električnog polja. Drugi faktor je pregrevanje dielektrika oko unutrašnjeg provodnika.

Postoje tri vrste koaksijalnih vodova: kruti, polukruti, i savitljivi. Kod krutih vodova, dielektrik

je najčešće vazduh, i zbog toga se unutrašnji provodnici moraju fiksirati na određen način. Kruti

vodovi se primenjuju u mernoj opremi i za prenos velikih snaga. Polukruti vodovi se koriste za

spajanje pojedinih kola u okviru jednog uređaja. Spoljašnji provodnici su sačinjeni od bakarnih

cevi tankih zidova. Savitljivi vodovi se najčešće koriste za povezivanje različitih uređaja kad

god je potrebno imati savitljivu vezu koja se može lako rastaviti. Spoljašnji provodnici

savitljivih vodova sastoje se od upletenih tankih žica.

Slika19. Koaksijalni vodovi - savitljivi, polusavitljivi i kruti

Glavni signal ili signal ukupne snage dalje ide na antenski sistem.

20

6. Antenski system

Antena je sklop koji vođeni elektromagnetski (EM) talas pretvara u slobodan (predajna antena)

ili obratno (prijemna antena). Predajna antena zrači energiju kojom se napaja iz generatora, I

stvara EM talas. Talasi se prostiru od antene na sve strane, ali zračenje nije jednako u svim

pravcima. Na velikom rastojanju od antene, lokalno gledano, talasi imaju osobine uniformnih

ravnih talasa. Svaka antena može da radi kao predajna i prijemna. U oba režima rada antena ima

iste osobine usmerenosti – kada radi kao prijemna, antena najbolje prima energiju talasa koji

dolazi iz pravca maksimalnog zračenja iste antene kada radi kao predajna.

7. Predajne antene

Predajna antena ima zadatak da što efikasnije izrači energiju kojom se napaja i da, ako je to

potrebno, izračenu energiju usmeri u odgovarajući deo prostora. Osnovne karakteristike

predajne antene su polarizacija, pojačanje, dijagram zračenja i impedansa .

8.1 Polarizacija antene

Slika 20. Koordinatni sistem za opisivanje polja antene

Antena u udaljenim tačkama (na rastojanju mnogo većem od talasne dužine EM talasa koji

antenna stvara – tzv. zona zračenja) proizvodi EM talas koji lokalno (u malom prostornom uglu)

ima osobine ravnog, uniformnog TEM talasom. Električno i magnetsko polje tog talasa dato je

izrazima

gde je I efektivna vrednost referentne struje (npr. struje napajanja antene), r rastojanje tačke u

kojoj tražimo polje od centra usvojenog koordinatnog sistema, a F karakteristična funkcija

zračenja antene u pravcu i smeru određenom ortom ir, prikazanom na slici 2.32. Najteži zadatak

uproračunu polja koje stvara predajna antena je određivanje raspodele struja antene. Taj zadatak

se,u opštem slučaju, rešava numeričkim metodama. Vektori E i H leže u ravni upravnoj na

pravac u kojem posmatramo prostiranja talasa, tzv. transverzalnoj ravni. Polarizacija može biti

linijska, kružna i eliptička. Ukoliko je polarizacija linijska, a pravac prostiranja talasa

horizontalan ili približno horizontalan, vektor E talasa je najčešće ili horizontalan ili vertikalan,

pa se u odnosu na to definiše horizontalna i vertikalna 39 polarizacija. Vertikalna polarizacija

21

definiše se i za talas koji se ne prostire u horizontalnom pravcu, kao polarizacija ortogonalna na

horizontalnu. Antene se najčešće projektuju tako da imaju linijsku ili kružnu polarizaciju, a

eliptička polarizacija se tada javlja usled nesavršenosti antene I prisustva okolnih objekata.

8.2 Primeri antenna

8.2.1 Simetrični dipole

Najjednostavnija žičana antena je simetrični dipol. Kraci simetričnog dipola leže na istoj pravoj.

Dužina jednog kraka je l, a priključci su u centru. Najčešće korišćen simetrični dipol je

polutalasni dipol, kod koga je dužina jednog kraka l / 4 .

Slika 21. Simetrični dipol

Povećanjem debljine krakova, posebno pri vrhovima, dobijaju se širokopojasnije antene. Na

slici br.16.1 je prikazana bikonična antena koja može pokriti jednu do dve oktave. Druga

značajna modifikacija simetričnog dipola je presavijeni dipol. U odnosu na klasičan dipol,

presavijeni dipol je nešto širokopojasniji, a ulazna impedansa mu je četiri puta veća. Posebna

klasa antena su monopol antene. To su antene postavljene iznad provodne ravni, kod kojih je

generator priključen između provodne ravni i baze antene. Raspodela struje u monopolu je ista

kao u gornjem kraku dipola. Napon generatora je, međutim (za istu struju napajanja), dva puta

manji nego kod dipola, pa je i impedansa monopola dva puta manja. Monopol zrači samo u

gornji poluprostor, pa su usmerenost i pojačanje monopola dva puta veći (za 3 dB) nego kod

dipola.

22

Slika 22. Modifikacije simetričnog dipola – bikonična antena i presavijeni dipol 44

8.2.2. Yagi – Uda

Yagi-Uda antena je niz dipola čija je dužina oko / 2 . Samo jedan dipol se direktno napaja. U

komercijalnim primenama, to je obično presavijeni dipol. Iza presavijenog dipola postavljaju se

jedan ili više „reflektora“ (pasivnih antenskih elemenata nešto dužih od aktivnog dipola), a

ispred nekoliko „direktora“ (pasivnih antenskih elemenata nešto kraćih od aktivnog dipola), koji

poboljšavaju usmerenost zračenja. Rastojanje između elemenata je oko / 4 . Yagi antene su

uskopojasne, relativni radni opseg je obično manji od 10%. Tipično pojačanje im je između 5

dBi i 16 dBi. U radiotelevizijskom sistemu koriste se obično kao predajne antene za FM signal

.

Slika 23. Yagi-Uda antena.

8.2.3. Log periodična antenna

Log periodična antena je u stvari periodični niz antena (slika 16.3). Niz se obično sastoji od

nekoliko desetina dipola. Dužine dipola, debljine žica od kojih su sačinjeni i rastojanje između

dipola, povećavaju se geometrijskom progresijom. Ovakva antena je širokopojasna i može

pokriti nekoliko oktava. Pri jednoj radnoj učestanosti, aktivna je samo grupa od nekoliko dipola

čija je dužina oko / 2 (na gornjoj granici radnog opsega, aktivni su samo najkraći dipoli).

23

Tipično pojačanje log periodične antene je 7-10 dBi. U televiziji se najčešće koriste kao

predajne antene televizijskog signala u UHF opsegu.

Slika 24. Log-periodična antenna

Antenski sistem Antenski sistem ima ulogu da dobijeni signal iz predajnika pošalje u etar. To

takođe može na više načina. Parametri od kojih zavisi kako če biti distribuiran definiše

regultorno telo, u našoj zemlji to je Ratel. Dakle, u dozvoli za emitovanje programa Ratel

definiše sledeće elemente:

tačan položaj emisione lokacije,

azimut antena,

visina antenskog sistema,

snaga predajnika,

izračena snaga sistema,

širinu snopa koju antena emituje

24

Literatura

1. A. R. Đorđević, Mikrotalasna tehnika, Beograd: Akademska misao, 2001

2. V. Petrović, Mikrotalasna pasivna kola, Beograd: CD izdanje, 2008

3. A. R. Đorđević, Elektromagnetika, Beograd: Akademska misao, 20084.

4. P. Vizmuller, RF Design Guide: systems, circuits and equations, Norwood:

Artech House, 1995

5. T. S. Laverghetta, Microwaves and Wireless Simplified, Norwood: Artech House, 1995

6. M. I. Aksun, Modern Microwave Circuits, Norwood: Artech House, 2005

7. D. M. Pozar, Microwave Engineering, New York: John Wiley and Sons Inc., 1998

8. D. K. Misra, Radio-frequency and Microwave communication circuits, New York: John

Wiley and Sons Inc., 2004

9. K. Chang, RF and Microwave Wireless Systems, New York: John Wiley and Sons Inc.,

2000

10. C. A. Balanis, Antena Theory - Analysis and Design, New York: John Wiley and Sons

Inc., 1997

11. www.microwaves101.com/

25

Sistemi za emitovanje radio signala

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?