Slajd 1

1
Wyklad no 14
2
Zadanie 1. Stale kilometryczne linii wynosza
C0.12µF/km, L0.3mH/km. Ile powinna wynosic
rezystancja obciazenia, aby nie wystepowala fala
odbita.
Impedancja falowa linii jest
Linie nalezy obciazyc rezystancja R50O.
Zadanie 2. Podac warunek dla stalych
kilometrycznych, aby linia byla nieodksztalcajaca.
Warunek aby linia byla nieodksztalcajaca jest
3
Zadanie 3. Podac rodzaje modulacji impulsowej.
1. Modulacja amplitudy impulsów (PAM), 2.
Modulacja czasu trwania impulsów (PDM), 3.
Modulacja polozenia impulsów (PPM), 4. Modulacja
impulsowo kodowa (PCM)
Zadanie 4. Podac schemat blokowy zrównowazonego
dyskryminatora czestotliwosci.
4
Schemat blokowy zrównowazonego dyskryminatora
czestotliwosci
5
Schemat ideowy zrównowazonego dyskryminatora
czestotliwosci
6
Charakterystyka czestotliwosciowa zrównowazonego
dyskryminatora czestotliwosci
7
Zadanie 5. Podac schemat blokowy odbiornika
superheterodynowego.
Odbiornik superheterodynowy
Podstawowe element odbiornika superheterodynowego
8
Zadania odbiornika to 1. Detekcja przychodzacego
sygnalu, 2. Dostrajanie sie do czestotliwosci
nosnej, 3. Filtracja, 4. Wzmacnianie.
Heterodynowanie polega na przesunieciu
przychodzacego sygnalu na ustalona czestotliwosc
posrednia okreslona zaleznoscia fPfRc-fLo
gdzie fP czestotliwosc posrednia,
fRc czestotliwosc nosna fali przychodzacej, fLo
czestotliwosc generatora lokalnego.
9
Typowe parametry czestotliwosciowe odbiorników AM
i FM
Odbiornik AM FM
Zakres odbieranych czestotliwosci Czestotliwosc posrednia Szerokosc pasma p.cz. 0.5251.605 MHz 0.455 MHz 10 kHz 88108 MHz 10.7 MHz 200 kHz
10
Zadanie 6. Podac tresc twierdzenia o próbkowaniu.
1. Sygnal o ograniczonym pasmie i skonczonej
energii, nie zawierajacy skladowych widma o
czestotliwosci przekraczajacej W Hz, jest
jednoznacznie opisany za pomoca próbek wzietych
w punktach odleglych o jednakowy przedzial
czasu, równy 1/(2W) sekund. 2. Sygnal o
ograniczonym pasmie i skonczonej energii, nie
zawierajacy skladowych widma o czestotliwosci
przekraczajacej W Hz, moze zostac dokladnie
odtworzony na podstawie znajomosci jego
próbek wzietych w punktach odleglych o
jednakowy przedzial czasu, równy 1/(2W) sekund.
Czestotliwosc 2W jest nazywana czestotliwoscia
Nyquista
11
Zadanie 7. Opisac zasade bezposredniej modulacji
czestotliwosci.
Bezposrednia modulacja czestotliwosci
W systemie bezposredniej modulacji FM
czestotliwosc fali nosnej polega zmianom
wywolywanym przez sygnal informacyjny
Jest to realizowane za pomoca oscylatora
sterowanego napieciem
Mozna zrealizowac korzystajac z generatora
Hartleya
warikap
12
Jezeli czestotliwosc sygnalu modulujacego jest
fm, to
czyli czestotliwosc generatora jest
gdzie
W praktyce
i z bardzo dobrym przyblizeniem
mozemy napisac
gdzie
13
Dla wygenerowania szerokopasmowego sygnalu FM
stosuje sie uklad
14
Niestety przedstawiony uklad szerokopasmowego
modulatora czestotliwosci z generatorem
sterowanym napieciem ma wade polegajaca na tym,
ze generator ten nie gwarantuje
stabilnej czestotliwosci. Stosowane uklady ze
sprzezeniem zwrotnym i stabilnym generatorem
czestotliwosci.
15
Zadanie 8. Jezeli transformata Fouriera funkcji
u(t) jest U(?), to czemu jest równa transformata
Fouriera funkcji u(t-t0).
Zadanie 9. Obliczyc transformate Fouriera dla
funkcji
16
Zadanie 10. Opisac zasade modulacji dwuwstegowej
ze stlumiona fala nosna.
17
Modulacja dwuwstegowa ze stlumiona fala
nosna DSB-SC
Modulacja DSB-SC polega na wytworzeniu
iloczynu sygnalu informacyjnego m(t) i fali
nosnej c(t)
zmiana fazy sygnalu modulujacego
18
Transformata Fouriera sygnalu s(t) jest
M(f)
f
-W
W
S(f)
fala DSB-SC
0.5AcM(0)
fc
-fc
f
2W
2W
19
Propagacja fal radiowych
Predkosc propagacji fal elektromagnetycznych w
powietrzu
gdzie µ04p10-7 H/m przenikalnosc magnetyczna
prózni, e08.854710-12 F/m
przenikalnosc elektryczna prózni, stad c3108
m/s.
Widmo promieniowania elektromagnetycznego
20
(No Transcript)
21
Fale elektromagnetyczne rozchodza sie w
postaci fal poprzecznych (TEM)
22
Propagacja jonosferyczna
Czestotliwosci 3 MHz 30 MHz
Zasieg pierwszego odbicia wyznaczamy
23
?c jest katem krytycznym. Fale padajace pod
katem mniejszym od krytycznego nie zostana odbite
24
Kat krytyczny zalezy od czestotliwosci fal
elektromagnetycznych, ze wzrostem czestotliwosci
rosnie kat krytyczny i fale sa gorzej odbijane
przez jonosfere. Czestotliwosc fc, przy której
kat krytyczny jest równy zeru, jest nazywana
czestotliwoscia krytyczna
Maksymalna czestotliwosc uzytkowa (MUF) wyznacza
sie z tzw. prawa sekansa
Propagacja przyziemna do 10 MHz. Zasieg okolo 250
km.
25
Anteny
Dipol pólfalowy
Powierzchniowa gestosc mocy promieniowanej przez
antene
26
P moc dostarczana do anteny, G zysk anteny w
danym kierunku, R odleglosc od anteny.
Porównanie kierunkowosci promieniowania dla
zródla izotropowego i dipola
27
Stosuje sie dipol cwiercfalowy, który
wykorzystuje fakt, ze dla wysokich czestotliwosci
Ziemia jest dobrym zwierciadlem dla fal
radiowych
28
Antena Yagi dostrojona do rezonansu na
okreslonym pasmie czestotliwosci. Jezeli
szerokosc pasma odbiorczego anteny nie przekracza
10 czestotliwosci nosnej, to mówimy ze antena
jest waskopasmowa.
29
Mikrofale
Jest to promieniowanie elektromagnetyczne o
czestotliwosci wiekszej od 1GHz
30
Antena mikrofalowa jest budowana z parabolicznego
talerza w ognisku F, którego umieszcza sie
detektor lub nadajnik
Parabola jest to miejsce geometryczna punktów,
których odleglosc od prostej zwanej kierownica
jest równa odleglosci od punktu F zwanego
ognikiem paraboli.
31
czyli
W przypadku anteny odbiorczej mamy
Lacznosc mikrofalowa jest lacznoscia do
horyzontowa. Maksymalny zasieg do 80 km.
32
Wykorzystywane w lacznosci satelitarnej
33
Czas opóznienia sygnalu na laczu stacjonarnego
satelity miedzy stacja A i B wynosi
Tlumiennosc wolnej przestrzeni
Efektywna powierzchnia talerza anteny wynosi
gdzie d srednica talerza, ? wspólczynnik
zysku anteny, który dla anteny parabolicznej
wynosi okolo 0.55. Moc odbieranego sygnalu jest
poniewaz wiec
34
Stosunek mocy odbiornika Pt do mocy nadajnika P
wynosi
wyrazenie to okresla tlumiennosc wolnej
przestrzeni.
Swiatlowody
Swiatlowody pracuja w zakresie fal o dlugosci 1,1
do 1,6 µm wykonuje sie z czystego szkla
kwarcowego, którego wspólczynnik zalamania n1.5,
co oznacza, ze predkosc propagacji wynosi
i dla kwarcu mamy v2108 m/s.
35
Czestotliwosc promieniowania f jest okreslona
zaleznoscia
Typowa budowa wlókna swiatlowodowego jest
36
Optycznie aktywny rdzen wykonany najczesciej z
kwarcu o wspólczynniku zalamania n1 i srednicy 5
100 µm jest otoczony optycznie aktywnym
plaszczem o wspólczynniku zalamania n2ltn1.
Swiatlowody klasyfikuje sie ze wzgledu na budowe
37
n1
n2
38
n1
n2
39
Schemat blokowy komunikacji z wykorzystaniem
lacza swiatlowodowego
40
Sposób modulacji sygnal polega na wlaczeniu lub
wylaczeniu swiatla i dlatego bardzo dobrze nadaje
sie do transmisji sygnalów cyfrowych. Stosowane
systemy modulacji ze zwielokrotnieniem czasowym
(TDM time division multiplexing) lub w
technice analogowej stosuje zwielokrotnianie
czestotliwosci (FDM frequency division
multiplexing) lub zwielokrotnianie dlugosci fali
(WDM wavelenth division multiplexing)
Podstawowe zasady dzialania swiatlowodu
Prawo Snella
41
Calkowite wewnetrzne odbicie
Najmniejszy kat padania ?1, przy którym cale
swiatlo jest odbijane nazywamy katem granicznym
?c i z prawa Snella mamy
np. dla powietrza n21 i szkla kwarcowego n11.5
mamy ?c41,80
42
z prawa Snella wynika, ze zjawisko calkowitego
wewnetrznego odbicia w osrodku pierwszym zachodzi
tylko wtedy gdy n1gtn2, co oznacza, ze
wspólczynnik zalamania swiatla dla
rdzenia swiatlowodu n1 musi byc wiekszy od
wspólczynnika zalamania swiatla dla plaszcza.
Zjawisko dyspersji materialowa
Wystepuje na skutek zaleznosci wspólczynnika
zalamania swiatla od dlugosci fali
? predkosc propagacji
skladowych swiatla bialego jest rózna dla
poszczególnych skladowych
43
Widmo zródla jest postaci
Do komunikacji lepszym jest laser
44
Dyspersja materialowa jest podawana w
pikosekundach na kilometr dlugosci swiatlowodu i
nanometr szerokosci widma promieniwania
pskm-1nm-1
Swiatlowody o profilu skokowym
Dwa przypadki graniczne 1. promien osiowy i 2.
promien padajacy pod katem granicznym ?c dla fal
rozchodzacych sie w swiatlowodzie. Trajektorie,
po której porusza sie promien swiatla nazywamy
modem.
n2ltn1
45
Poniewaz miedzy trajektoria osiowa a graniczna
istnieje wiele innych mozliwych swiatlowód o
profilu skokowym jest nazywany wielomodowym
Skutkiem faktu, ze trajektoria, po której porusza
sie promien odbijany pod katem granicznym, jest
dluzsza niz dla promienia poruszajacego sie po
trajektorii osiowej wystepuje w
odbiorniku rozmycie impulsu. Zjawisko to jest
nazywane dyspersja modowa.
Rozmycie impulsu wywolane dyspersja modowa jest
Czas tmin dla promienia osiowego jest
gdzie l dlugosc swiatlowodu,
46
Natomiast promien poruszjacy sie pod katem
granicznym do I-go odbicia przebywa droge dluzsza
w stosunku AB/AC czyli
a wiec róznica czasów wynosi
mamy
a biorac pod uwage, ze
47
Maksymalna dlugosc kabla okresla zaleznosc ?tt0,
gdzie t0 czas trwania impulsu 0. Optymalna
chwila odbioru jest tT/2. Warto zauwazyc, ze
dyspersja modowa nie zmienia mocy sygnalu. Pola
obu sygnalów jednakowe.
48
Porównanie dwóch swiatlowodów wielomodowych z
rdzeniem kwarcowym n11.55 i 1. bez plaszcza
n21 2. z plaszczem n21.5
W pierwszym przypadku mamy ?carcsin(n2/n1)40.20
, dyspersja modowa dla 1 km wynosi ?t2.84 µs
W drugim przypadku mamy ?carcsin(n2/n1)75.40, d
yspersja modowa dla 1 km wynosi ?t0.172 µs
Nieprzekraczalna szybkosc transmisji wynosi 1/?t
Kat akceptacji
Kat akceptacji jest miara latwosci sprzezenia
miedzy zródlem promieniowania a wlóknem optycznym
49
Z prawa Snella mamy
50
czyli
a poniewaz npow1 wiec
jezeli , to sin?max1.
Ostatecznie
Rozpatrzmy poprzednie dwa przyklady dla rdzenia o
n11.55 1. bez plaszcza n21
czyli ?max900
2. z plaszczem o n21.5 mamy
czyli ?max23.00
51
Swiatlowód bez plaszcza latwiej sprzac ze
zródlem, ale bedzie prowadzil wiecej modów, co
powoduje jego wieksza podatnosc na dyspersje
modowa.
Swiatlowód o profilu gradientowym
52
Kompensacja mozliwa w zasadzie tylko dla jednej
dlugosci fali. Jest to równiez swiatlowód
wielomodowy
Swiatlowody jednomodowe
Swiatlowód prowadzi tylko jeden mod. Uzyskuje sie
to dzieki odpowiedniemu doborowi plaszcza.
Srednica plaszcza musi byc odpowiednio dobrana
i wynosi okolo 100 µm.
53
Wlasciwosci swiatlowodów
Tlumiennosc jednostkowa swiatlowodu z szkla
kwarcowego wynosi okolo 1 dB/km Dla porównania
kabel koncentryczny 5 dB/km dla 1 MHz, a para
skrecana 25 dB/km dla 1MHz.
Szklo kwarcowe musi byc bardzo czyste.
Dopuszczalne wartosci zanieczyszczen powinny byc
mniejsze od 1 czastki zanieczyszczen na 109
czastek kwarcu.
Tlumiennosc plastykowych kabli wykonanych z
Perspexu wynosi 500 dB/km
54
Wykres przedstawia tlumiennosc jednostkowa dla
jednomodowego swiatlowodu kwarcowego. Minimalna
tlumiennosc 0.4 dB/km wystepuje dla fali o
dlugosci 1.55 µm.
55
Dalszy rozwój technologii swiatlowodowej to
wykorzystanie solitonów propagujacych sie
praktycznie bez tlumienia.
A
v
x
Wzmacniacze optyczne domieszkowane erbem tzw.
EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier) cechuja sie
zyskiem optycznym w pasmie 1.5 µm co pozwala
budowac swiatlowody o zerowej tlumiennosci. W
roku 1997 zbudowano kabel transatlantycki, który
ma tylko regeneratory na poczatku i koncu
pracujacy z predkoscia 2.4 Gbit/s