Ηλεκτρονικές Επικοινωνίες κεφ. 7

Ραδιοφωνικοί ΔέκτεςΡαδιοφωνικοίΡαδιοφωνικοί ΔέκτεςΔέκτεςΚεφάλαιοΚεφάλαιο 77

• 7.1 Γενικά χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη.– 7.1.1 Εισαγωγή.– 7.1.2 Απλός ραδιοφωνικός δέκτης άμεσης ενίσχυσης.

• 7.2 Υπερετερόδυνος δέκτης.– 7.2.1 Γενικό διάγραμμα.– 7.2.2 Επιλογή της ενδιάμεσης συχνότητας.

• 7.3 Αυτόματος έλεγχος κέρδους του δέκτη.• 7.4 Δέκτης με δύο στάδια ετεροδύνωσης.

– 7.4.1 Παρασιτική απόκριση του δέκτη.– 7.4.2 Μετάθεση συχνότητας.

• 7.5 Αποδιαμορφώσεις πλάτους.– 7.5.1 Εισαγωγή.– 7.5.2 Αποδιαμόρφωση ή φώραση αναπτύγματος.– 7.5.3 Σύγχρονη ή σύμφωνη φώραση.– 7.5.4 Αποδιαμόρφωση σημάτων DSBsc και SSBsc.

• 7.6 Αποδιαμόρφωση ή διευκρίνιση συχνότητας.– 7.6.1 Διευκρινιστής με φίλτρο.– 7.6.2 Άλλα κυκλώματα αποδιαμόρφωσης.

• 7.7 Θόρυβος και ευαισθησία στο δέκτη.• 7.8 Σύγκριση AM και FM ως προς το θόρυβο.

7.1 Γενικά χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη.7.1.1 εισαγωγή.

• Ο δέκτης δέχεται ένα μικρό ποσοστό της Η/Μενέργειας του πομπού μαζί με πολλάάγνωστα σήματα, μικρότερης ή μεγαλύτερηςισχύος και πολύ θόρυβο.• Θα πρέπει να ενισχύσει μόνο το ωφέλιμοφέρων και να αποδώσει στην έξοδο τηνπληροφορία.• Επεξεργάζεται σήματα μικρής ισχύος και έχειπιο ευαίσθητα κυκλώματα από τον πομπό.

Φίλτροεισόδου

Ενισχυτήςυψηλώνσυχνοτήτων

7.1 Γενικά χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη.7.1.1 εισαγωγή. Οι επιδόσεις του δέκτη.

• Τη σταθερότητα (stability) : η ικανότητα του δέκτηνα διατηρεί την αρχική του ρύθμιση και τοσυντονισμό του σε ορισμένη συχνότητα. Μετριέταισε Hz ή KHz απόκλιση από την αρχική του ρύθμιση.

• Την ευαισθησία (sensibility) : είναι η ελάχιστη τιμήσήματος εισόδου E(t) για να έχουμε καθαρό σήμαστην έξοδο s(t). Εκφράζεται σε μV σήματος και τοSNR και δίνεται σε db.

• Την πιστότητα (fidelity) : είναι η ικανότητα τουδέκτη να αποδίδει στην έξοδο το σήμα τηςπληροφορίας χωρίς παραμορφώσεις.

7.1 Γενικά χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη.7.1.1 εισαγωγή. Οι επιδόσεις του δέκτη.• Την επιλεκτικότητα (selectivity) : είναι η ικανότητα τουδέκτη αφού συντονιστεί, να επιλέγει, να ενισχύει και νααποδιαμορφώνει το επιθυμητό φέρων και να μηνεπηρεάζεται από άλλες εκπομπές, ιδιαίτερα από γειτονικάκανάλια.

• Εξαρτάτε σημαντικά από τη σταθερότητα των φίλτρωνεισόδου και ενδιάμεσης συχνότητας. Ρυθμίζονται είτε με τοχέρι είτε αυτόματα για να επιλέξουν την μία ή την άλληεκπομπή.

• Ορίζεται από την ελάχιστη απόσταση συχνοτήτων όπου οδέκτης μπορεί να διακρίνει ανεξάρτητες εκπομπές. Μετριέταισε Hz ή KHz.

• Χαρακτηρίζεται επίσης από το πόσο τα φίλτρα εισόδουαπορρίπτουν τα ενοχλητικά σήματα. (adjacent channelrejection).

7.1 Γενικά χαρακτηριστικά ραδιοφωνικού δέκτη.7.1.1 εισαγωγή. Οι επιδόσεις του δέκτη.

• Γραμμικότητα (linearity) : είναι η ικανότητατου δέκτη να συμπεριφέρεται με τον ίδιοτρόπο για τα ασθενή και τα ισχυρά σήματαστην είσοδό του.

• Την έλλειψη παρασιτικών εκπομπών :αφορά τη μη εκπομπή παρασιτικώνραδιοσημάτων (μικροεκπομπών) από τα ίδιατα κυκλώματα του δέκτη. Είναι μικρής ισχύοςκαι προέρχονται από τους τοπικούςταλαντωτές και επηρεάζουν τα γειτονικάκυκλώματα.

12/28/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣΠΕ17.08

9

7.1.2 Απλός Ρ/Δ άμεσης ενίσχυσης.Ομόδυνος δέκτης.

• Ο προηγούμενος δέκτης δεν έχει μεγάληπρακτική αξία γιατί οι επιδόσεις του δεν είναιικανοποιητικές και χρησιμοποιείται μόνο γιαεργαστηριακούς σκοπούς.• Π.Χ : Έχουμε έναν Ρ/Δ μεσαίων 531 KHz –

1602 KHz με ΑΜ διαμόρφωση.• Κάθε ραδιοφωνική εκπομπή καταλαμβάνει ζώνηπερίπου 10 KHz (9 KHz), από την μία έως τηνάλλη πλευρά της φέρουσας.


10


• Απαιτείται λοιπόν συντονισμός των σταδίωνεισόδου σε όλες τις συχνότητες αυτής τηςζώνης, δηλαδή τα φίλτρα θα πρέπει να έχουνμεταβαλλόμενο συντελεστή ποιότητας Q.

• Qmin=531/10=53.• Qmax=1602/10=160.• Ένα τέτοιο φίλτρο δεν κατασκευάζεται εύκολα.• Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί φίλτρο σταθερούσυντελεστή γιατί η επιλεκτικότητα του δέκτη δενθα είναι σταθερή για όλη την ζώνη.


11


• Ένα άλλο πρόβλημα είναι η γραμμικότητα του.• Εάν το φέρον στην είσοδο παρουσιάζειδιακυμάνσεις της έντασης τότε και το σήμα στηνέξοδο θα έχει αντίστοιχες μεταβολές.• Για να σταθεροποιηθεί το σήμα στην έξοδο θαπρέπει στον δέκτη μετά την αποδιαμόρφωση ναυπάρχει μια διάταξη αυτόματης ρύθμισης τουκέρδους των σταδίων ενίσχυσης.

7.2 Υπερετερόδυνος δέκτης7.2.1 Γενικό διάγραμμα.

• Το φίλτρο στην είσοδο και ο επιλεκτικός ενισχυτής(RF) έχουν ζώνη διέλευσης ολόκληρη τηραδιοφωνική ζώνη που καλύπτει ο δέκτης. (AM 531– 1602 KHz, FM 88 – 108 MHz, κ.λ.π).• Δηλαδή το φίλτρο μετατρέπετε σε φίλτρο διέλευσηςμπάντας.• Κατασκευάζεται πιο εύκολα και δεν απαιτείευαίσθητες ρυθμίσεις.


• Στην συνέχεια το σήμα υφίσταται μετάθεσησυχνότητας.• Επιτυγχάνεται με πολλαπλασιασμό του φέροντος μεένα σήμα τοπικού ταλαντωτή (fΤ).• Φίλτρο (IF) ζώνης σταθερής συχνότητας το οποίοέχει εύρος ζώνης όσο του διαμορφωμένου σήματος.• Η μετάθεση δεν αλλοιώνει το σήμα ανεξάρτητα τηςδιαμόρφωσης AM, FM.


E(t)=[Eo+s(t)]cos(ωο*t)M(t)=Mo*cos(ωT*t)

E(t)=[Eo+s(t)]cos(ωI*t)

ωο=2*Π*fo.

ωT=2*Π*fT.

ωI=2*Π*fI.

fo=συχνότητα φέροντος.

fT=συχνότητα τοπικού ταλαντωτή.

fI= ΝΕΑ συχνότητα φέροντος.

Mo=1V


E(t)=[Eo+s(t)]cos(ωI*t)

Συντονίζουμε τονδέκτη ρυθμίζονταςτον Τ/Τ

fI=fT-fo ή fo=fT+fI

Η συχνότητα fI ονομάζεται ενδιάμεση συχνότητα καισυμβολίζεται με I.F (Intermediary Frequency) και παίζειτο ρόλο του φέροντος μέχρι την αποδιαμόρφωση.

ΙΝΤΕΡΝΕΤ

http://en.wikipedia.org/wiki/Intermediate_frequency


• Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή με τον όρο«ετεροδύνωση».• Δηλαδή αντικαταστήσαμε όλα τα μεταβλητά στοιχείακαι τις λεπτές ρυθμίσεις συντονισμού σε ρύθμισησυχνότητας τοπικού ταλαντωτή.

•Απλοποιείτε η σχεδίασητου σταδίουαποδιαμόρφωσης, η IF είναιμικρότερη από τοπραγματικό φέρων και οαποδιαμορφωτής βλέπειπάντα στην είσοδο του τοφέρων σε συχνότητα fI.

7.2.2 Επιλογή της ενδιάμεσης συχνότητας• Έχουμε έναν δέκτη με στάδιο IF συχνότητας (fI). Μετοπικό ταλαντωτή ρυθμισμένος σε συχνότητα (fT).Και ο δέκτης είναι συντονισμένος να λάβει φέρωνσήμα Ε(t) συχνότητας (fo), για την οποία ισχύει :

• fI=fT-fo ή fo=fT+fI.• Με αυτήν τη ρύθμιση του τοπικού ταλαντωτή μιαδεύτερη συχνότητα (fo΄) αποδεικνύεται ενοχλητική.Είναι η συχνότητα ενός άλλου φέροντος που ανεμφανιστεί στην είσοδο του δέκτη ταυτόχρονα με τοεπιθυμητό φέρον και συνδυαστεί με την συχνότητατου τοπικού ταλαντωτή δίνει :

• fI=fo’-fT ή fo’=fI+fT.• Οπότε εκλαμβάνεται από τον δέκτη επίσης ωςδεύτερο ωφέλιμο σήμα.

7.2.2 Επιλογή της ενδιάμεσης συχνότητας• Η συχνότητα fo’ ονομάζεται συχνότητα «είδωλο ήεικόνα» και :

• 2*fI=fo’ – fo ή fo’=fo+2*fI. Δηλαδή απέχει 2*fI απότην ωφέλιμη συχνότητα fo.• Αν επιλέξουμε μεγάλη IF η fo και η fo’ απέχουνπολύ και εύκολα η fo’ μπορεί να περιοριστείσημαντικά από το φίλτρο εισόδου.• Το φίλτρο και τα στάδια ενίσχυσης είναι πιοευαίσθητα στην κατασκευή και τη ρύθμιση τους,ιδιαίτερα, όταν το φασματικό εύρος κάθε διαύλουείναι μικρό. (υψηλή επιλεκτικότητα = μεγάλο Q).• Έτσι ο στόχος της μετάθεσης συχνότητας δενεπιτυγχάνεται πλήρως.

7.2.2 Επιλογή της ενδιάμεσης συχνότητας• Η τελική επιλογή της τιμής της ενδιάμεσηςσυχνότητας IF στο δέκτη γίνεται σε συνδυασμό μετο ολικό φάσμα της μπάντας στην οποίαπροορίζεται να λειτουργήσει ο δέκτης.• Εάν η κανονική μας μπάντα περιλαμβάνει Νδιαφορετικά κανάλια εκπομπής και εκτίνεται απόfomin – fomax.• Τότε η μπάντα είδωλο θα είναι από fomin+2*fI έως

fomax+2*fI.• το φίλτρο δεν απαιτεί συντονισμό και περιλαμβάνειόλη τη ζώνη fomin – fomax.• Και η μπάντα είδωλο δεν ενοχλεί το δέκτη όταν :• fomin>fomax , fomin+2*fI > fomax ή fI>(fomax- fomin)/2• Για ΑΜ η IF 455KHz, για FM η IF 10,7MHz

7.2.2 Επιλογή της ενδιάμεσης συχνότητας

• Εάν το φίλτρο εισόδου είναι ιδανικό τότε έχουμεπλήρη απόρριψή της ζώνης ειδώλου, στην πράξηέχουμε μερική απόσβεση.• Μεταβάλλοντας τη συχνότητα του τοπικούταλαντωτή από fTmin=fomin+fI έως fTmax=fomax+fI , οδέκτης λαμβάνει τα Ν διαφορετικά κανάλια πουεκπέμπονται στην συγκεκριμένη ραδιοφωνική ζώνη– μπάντα.


• Εάν το PLL διαθέτεισύστημα συνεχούςσάρωσης όλης τηςζώνης, τότε ο δέκτηςαναζητά αυτόματακάποιο σταθμόεκπομπής.


• Στην είσοδο του δέκτη γίνεται ένας χαμός.• Σήματα από ταυτόχρονη εκπομπή πλήθουςραδιοφωνικών σημάτων και ανεξέλεγκτοςθόρυβος.• Τα σήματα αυτά παρουσιάζουνμεταβαλλόμενη ένταση.• Άρα ο ενισχυτής υψηλών συχνοτήτων και ομίκτης θα πρέπει να έχουν αυστηρά γραμμικήσυμπεριφορά και μεγάλο εύρος ενίσχυσης(αυτόματος έλεγχος κέρδους).


• Πρακτικά για να περιορίσουμε αυτό τοπρόβλημα χρησιμοποιούμε ρυθμιζόμενοφίλτρο με ζώνη διέλευσης 3-4 διαδοχικώνκαναλιών και ΌΧΙ ολόκληρης της μπάντας.

7.2.2 Επιλογή της ενδιάμεσης συχνότητας• Στην περίπτωση αυτή η ρύθμιση του φίλτρου γίνεταιταυτόχρονα με την ρύθμιση της συχνότητας του τοπικούταλαντωτή (varicap που ελέγχονται από την τάση πουελέγχει τον ταλαντωτή VCO του μίκτη στο PLL).

• Τα γειτονικά κανάλια απορρίπτονται από τα φίλτροενδιάμεσων συχνοτήτων, το οποίο έχει ζώνη διέλευσης ίσημε το φάσμα του φέροντος που πρέπει να περάσει χωρίςπαραμόρφωση.

• Δηλαδή έχει συντελεστή ποιότητας :• QI=fI/(BW).• Ο αντίστοιχος σε ένα απλό δέκτη χωρίς IF :• QRF=fo/(BW).• Καθώς ισχύει QRF>QI. Άρα το φίλτρο IF κατασκευάζεται πιοεύκολα.

• Λόγω των υψηλών απαιτήσεων έχουμε κρυσταλλικά φίλτραυψηλού βαθμού.


25

7.3 Αυτόματος έλεγχος κέρδους• Πριν το σήμα σταλεί στον αποδιαμορφωτή, μετάτην έξοδο του φίλτρου ενδιάμεσης συχνότητας,ενισχύεται από τον ενισχυτή IF πουπεριλαμβάνει ένα ή περισσότερα στάδιαενίσχυσης.• Ανεξάρτητα από το είδος του δέκτη, τηςκεραίας, τον τύπο εκπομπής και το είδος τηςδιαμόρφωσής, η ισχύς του σήματος στην είσοδοπαρουσιάζει μεγάλες μεταβολές.


26

7.3 Αυτόματος έλεγχος κέρδους• Αυτές η μεταβολές οφείλονται σε :• Στην απόσταση πομπού δέκτη. (κεραίες)• Φαινόμενα διαλείψεων.• Απόσβεσής του φέροντος λόγο εμποδίων.• Θορύβους.• Κ.Λ.Π.• Μπορούν να ξεπεράσουν τα 100 db.• Και προκαλούν δυσάρεστο συναίσθημα κατάτην ακρόαση, παραμόρφωση λόγο κορεσμού,εξαφάνιση του σήματος λόγο θορύβου. ΜικρόSNR


27

7.3 Αυτόματος έλεγχος κέρδους

• Χρησιμοποιούμε ενισχυτικά στάδια RF καιIF ελεγχόμενου κέρδους.• Η διάταξη που παίζει αυτόν τον ρόλοονομάζεται διάταξη αυτόματου ελέγχουτου κέρδους AGC (Automatic GainControl)

ΙΝΤΕΡΝΕΤ

http://en.wikipedia.org/wiki/Automatic_gain_control

7.3 Αυτόματος έλεγχος κέρδους

Το σήμα ανορθώνεται καιμετατρέπεται σε συνεχή τάση,που αντιπροσωπεύει την έντασητου πεδίου στην είσοδο του δέκτη,(πεδιόμετρο).

Συγκρίνεται με μίααναφορά στάθμης.Το AGC ελέγχει μεαρνητική ανάδρασητους ενισχυτές


29

7.4 Δέκτης με δύο στάδια IF.7.4.1 Παρασιτική απόκριση.

• Ένα από τα βασικά προβλήματα στους δέκτεςπου λειτουργούν με μεγάλο εύρος συχνοτήτωνείναι τα φαινόμενα παρασιτικής απόκρισης.• Ιδιαίτερα στους δέκτες που δεν έχουμε AGCόταν φτάνουν στην είσοδο ισχυρά σήματαοδηγούν τους ενισχυτές σε κορεσμό μεαποτέλεσμα να μην λειτουργούν στην γραμμικήπεριοχή.• Έτσι δημιουργούνται διάφοροι συνδυασμοίσυχνοτήτων μεταξύ φερουσών ή μεταξύφερουσών και συχνότητας τοπικού ταλαντωτή.


30


• Αν θεωρήσουμε δύο φέροντα με συχνότητες f1και f2, οι συνδυασμοί στην είσοδο του δέκτη θαείναι :

• N*f1+N*f2. όπου Ν= ακέραιοι θετικοί ή αρνητικοί.• Εάν δώσουν αποτέλεσμα που βρίσκεται μέσαστην ζώνη λειτουργίας του δέκτη τότε θα τοαντιληφθεί ως υπαρκτό αληθινό φέρων.• Αν ο δέκτης συντονιστεί σε αυτήν την συχνότητατότε στην έξοδο θα έχουμε παράσιτα.• Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται παρεμβολή

(interferences) φερόντων σημάτων.


31


• Αποδεικνύεται ότι ενοχλητικότεροι συνδυασμοίείναι παράγωγα της τάξης 3,|Ν1|+|Ν2|=3.

• 2*f1-f2 & 2*f2-f1.• Π.Χ δέκτης με ζώνη λειτουργίας 88 MHz-

108MHz. f1=95MHz, f2=96MHz. Από την σχέσηέχουμε 94MHz & 97MHz.• Εάν δεν υπάρχει σταθμός σε αυτές τιςσυχνότητες θα ακούμε παράσιτα, εάν εκπέμπεικάποιος σταθμός τότε θα έχουμε παρεμβολές.


32


• Εξίσου ενοχλητικό είναι και η ενδοδιαμόρφωση(intermodulation).• Όταν ένα ισχυρό σήμα φέροντος συνδυάζεται μετη συχνότητα του τοπικού ταλαντωτή.Προκύπτουν συχνότητες της μορφής :

• M*f+N*fT. όπου Ν= ακέραιοι θετικοί ή αρνητικοί.• Εάν οι τιμές που προκύψουν ικανοποιούν τηνσυνθήκη : M*f+N*fT= +- fI. Και περάσουν από ταυπόλοιπα τμήματα τότε στην έξοδο θα ακούμεπαράσιτα.


33


• Οι ανεπιθύμητες συχνότητες που λαμβάνειο δέκτης ως φέροντα σήματα είναι :

• f1=(N*fT-fI)/M & f2=(N*fT+fI)/M.• Οι ενοχλητικότερες είναι όταν Ν=Μ.• Δηλαδή : f=fT+-fI/M.• Η παρασιτική συχνότητα είναι πολύ κοντάστην ωφέλιμη και δεν μπορεί ναεξαλειφθεί εύκολα με φίλτρο.


34

7.4.2 Δέκτης με δύο στάδια IF(μετάθεση συχνότητας)

• Η χρησιμοποίηση δύο σταδίων IF στο δέκτη δίνειλύση στα διάφορα προβλήματα που δημιουργείτο μοναδικό στάδιο.• Όσο μικρότερη είναι η IF που χρησιμοποιείταιτόσο πιο εύκολη είναι η κατασκευή των φίλτρωνκαι των ενισχυτών που έμμεσα, μέσω τουσυντελεστή ποιότητας Q=fI/BW, ορίζουν τηνεπιλεκτικότητα του δέκτη.• Όσο μεγαλύτερη είναι η IF τόσο πιο εύκολααπορρίπτεται η συχνότητα είδωλο.


35

7.4.2 Δέκτης με δύο στάδια IF(μετάθεση συχνότητας)

• ΑΡΑ. Χρησιμοποιούμε δύο στάδια IF με fI1, fI2όπου fI1>fI2.• Το πρώτο στάδιο διευκολύνει την απόρριψη τηςσυχνότητας είδωλο, ενώ το δεύτερο κάνει τηνεπιλογή του καναλιού ακρόασης.• Το πρώτο στάδιο έχει PLL, ενώ το δεύτεροσταθερό τοπικό ταλαντωτή (κρύσταλλο).

• fT1=fo+fI1.• fT2=fI1+fI2 ή fT2=fI1-fI2.• Ο αποδιαμορφωτής λαμβάνει ως φέρων το σήμαπου βγαίνει από το δεύτερο στάδιο.

7.4.2 Δέκτης με δύο στάδια IF (μετάθεση συχνότητας)


37

7.5 Αποδιαμορφώσεις πλάτους7.5.1 Εισαγωγή

• Η αποδιαμόρφωση είναι η αντίστροφήπράξη της διαμόρφωσης.• Στην έξοδο του θα πρέπει να ανακτήσουμετο βασικό σήμα s(t), που αντιπροσωπεύειτην βασική πληροφορία.• Το σήμα μετά τα στάδια IF φτάνει στοναποδιαμορφωτή.


38

7.5 Αποδιαμορφώσεις πλάτους7.5.1 Εισαγωγή

• Για κάθε μεθοδολογία διαμόρφωσης υπάρχει ηαντίστοιχη διαδικασία αποδιαμόρφωσης.• Την αποδιαμόρφωση ΑΜ την ονομάζουμε«φώραση» και τον αποδιαμορφωτή «φωρατή».• Την αποδιαμόρφωση FM την ονομάζουμε«διευκρίνιση συχνότητας» και τοναποδιαμορφωτή «διευκρινιστή συχνοτήτων».

7.5.2 Αποδιαμόρφωση ΑΜ• Οαποδιαμορφωτήςείναι ένακύκλωμα με μίααπλή δίοδοσυνδυασμένη μεέναχαμηλοπερατόφίλτρο R,C.• Η δίοδοςανορθώνει, ενώτο φίλτρο έχεισυχνότητααποκοπήςfa=1/2*π*R*C.


40

7.5.2 Αποδιαμόρφωση ΑΜ• Εάν η συχνότητα αυτή έχει τιμή που επαληθεύειτην ανισότητα :

• F<<fa<<fI. Όπου F είναι η συχνότητα τηςπληροφορίας μας.• Τότε στην έξοδο του φίλτρου διέρχεται μόνο τοσήμα χαμηλής συχνότητας {δηλαδή το βασικόs(t)}, ενώ η IF απορρίπτεται.• και εάν εκφραστεί μέσω της σταθεράς χρόνου

RC τότε :• F<<1/2*π*R*C<<fI. Ή 1/2*π*F<<R*C<<1/2*π*fI.• 1/Ω<<R*C<<1/ωΙ.


41

7.5.2 Αποδιαμόρφωση ΑΜ• Εάν το σήμα μας δεν είναι μία συχνότητα αλλάέχει συχνότητες FMIN, FMAX, τότε σε όλες τιςπροηγούμενες σχέσεις χρησιμοποιώ FMAXαντίγια F.• Ο φωρατής δεν εισάγει παραμόρφωση όταν :• m<=1/{1+(2*π*R*C)2}1/2. όπου m ποσοστόδιαμόρφωσης.• Δηλαδή δεν μπορούμε να έχουμε ποσοστόδιαμόρφωσης 100%. m=1• Από τις σχέσεις (15) και (16) μπορούμε ναβρούμε τις τιμές των R & C.

7.5.2 Αποδιαμόρφωση ΑΜ

2/RRin »Η τιμή της αντίστασης R πρέπει να είναι του ίδιου μεγέθους μετην αντίσταση εξόδου του ενισχυτή που προηγείται.

Τέλος η απόδοση του φωρατή ορίζεται ως :

n=sO/EOI. Όπου sO το πλάτος της τάσης εξόδου και EOI τοπλάτος του σήματος εισόδου.

Θεωρητικά εάν η τάση κατωφλιού και η rd είναι μηδέν τότε n=1.

7.5.2 Αποδιαμόρφωση ΑΜ


43

7.5.3 Σύγχρονη ή σύμφωνη φώραση

• Σύγχρονη ή σύμφωνη φώραση(αποδιαμόρφωση) ονομάζεται ηδιαδικασία εκείνη στην οποία τοδιαμορφωμένο σήμα πολλαπλασιάζετε μεσήμα ενός τοπικού ταλαντωτή της ίδιαςσυχνότητας και φάσης με το φέρων σήμα.• Αν ο δέκτης έχει στάδιο IF ο τοπικόςταλαντωτής συγχρονίζεται με την IFσυχνότητα.


• Θεωρώντας σήμα E(t) διαμορφωμένο κατάAM και R(t) το σήμα του Τ/Τ έχουμε :

• E(t)=[Eo+s(t)]*cos(ωο*t). R(t)=1*cos(ωο*t).• Στην έξοδο του πολλαπλασιαστή έχουμε :• V1(t)=Eo/2+s(t)/2+(Eo/2)cos(2*ωo*t)+[s(t)/2]c

os(2*ωο*t).• Στην έξοδο του φίλτρου ΧΣ φτάνει μόνο τοωφέλιμο σήμα ενώ ο πυκνωτής κόβει την DCσυνιστώσα και έχουμε :

• Vεξ=s(t)/2


• Εάν δεν υπάρχει τέλειος συγχρονισμόςσυχνότητας και φάσης μεταξύ Τ/Τ καιφέροντος τότε θα έχουμε προβλήματα.• Ας θεωρήσουμε ότι ο Τ/Τ διαφέρει στηνσυχνότητα και στην φάση δηλαδή :

• R(t)=1cos[ωr*t+Δφ].• Τότε V1(t)=[Eo+s(t)]cos(ωο*t)*cos(ωr*t+Δφ).• Αναπτύσσοντας βρίσκουμε :• V1(t)=(1/2)*[Eo+s(t)]*cos[(ωο+ωr)t+Δφ]+(1/2)

*[Εο+s(t)]*cos[(ωr-ωο)t+Δφ].

7.5.3 Σύγχρονη ή σύμφωνη φώραση• Το φίλτρο ΧΣ απορρίπτει το πρώτο όρο διότιαντιστοιχεί σε σήμα υψηλής συχνότητας. Αν ησυχνότητα αποκοπής του φίλτρου είναι :

• fα>fr>fo.• Στην έξοδο εμφανίζεται ο δεύτερος όρος.• Vεξ=(1/2)*[Εο+s(t)]*cos[(ωr-ωο)t+Δφ].• Που ΔΕΝ είναι το ωφέλιμο σήμα s(t).• Αν ωr=ωo. Τότε Vεξ=(1/2)*s(t)*cosΔφ.• Εάν Δφ σταθερό τότε έχουμε στην έξοδο s(t) μεσυντελεστή απόδοσης : n=(1/2)*cosΔφ<1.

• ΑΡΑ ο συγχρονισμός συχνότητας και φάσηςείναι η καλύτερη συνθήκη για αποδιαμόρφωση.


48


Απλός ταλαντωτής με ολισθητήρυθμιζόμενης φάσης.


49


PLL, συγχρονισμός συχνότητας και φάσης.


50

7.5.4 Αποδιαμόρφωση DSBsc, SSBsc• Ως αποδιαμορφωτής χρησιμοποιείται τοκύκλωμα του σύγχρονου φωρατή.• Στην περίπτωση DSBsc έχουμε :• E(t)=s(t)*cos(ωο*t), R(t)=cos(ωο*t.• Καταλήγουμε ότι Vεξ=s(t)/2. δηλαδήέχουμε αποδιαμόρφωση.• Δεν απαιτείται πυκνωτής σε σειρά διότιδεν έχουμε DC συνιστώσα τάσης στηνέξοδο.


51

7.5.4 Αποδιαμόρφωση DSBsc, SSBsc

• Στην περίπτωση SSBsc έχουμε :• E(t)=Eo*cos(ωο+Ω)t USB.• E(t)=Eo*cos(ωο-Ω)t LSB.• Για παράδειγμα παίρνουμε την USB καιέχουμε :

• V1(t)=[Eo*cos(ωο+Ω)t]cos(ωο*t)=(Eo/2)cos(2*ωο+Ω)t+(Eo/2)cos(Ω*t).• Αρα : Vεξ=(Εο/2)cos(Ω*t)=s(t).


52

7.5.4 Αποδιαμόρφωση DSBsc, SSBsc• Στην περίπτωση : ωr διάφορο ωο τότε δενέχουμε σωστή αποδιαμόρφωση, πρέπει ναχρησιμοποιήσουμε PLL.• Συνήθως κατά την εκπομπή SSBαποστέλλουμε στο φάσμα του σήματος μιαμικρή συνιστώσα του φέροντος που δενεπιβαρύνει την συνολική ισχύς του συστήματοςεκπομπής, αλλά βοηθάει το PLL νασυγχρονιστεί παίρνοντας ένα δείγμα τηςσυχνότητας.• Άρα είναι SSBsc.


53

7.6 Αποδιαμόρφωση FM7.6.1 Διευκρινιστής με φίλτρο.• Αποδιαμόρφωση συχνότητας ή διευκρίνισησυχνότητας, όπως συνήθως αποκαλείται, είναι ηδιαδικασία εξαγωγής της πληροφορίας απόφέρον σήμα διαμορφωμένο κατά FM.• Στην διαμόρφωση FM η πληροφορία επηρεάζειαποκλειστικά τη συχνότητα του φέροντος.

• F(t)=fo+Δf(t)=fo+k*s(t).• Αυτό πραγματοποιείται με ταλαντωτή VCO.

7.6 Αποδιαμόρφωση FM7.6.1 Διευκρινιστής με φίλτρο.

•Ο διευκρινιστής συχνότητας αντίστροφα μετατρέπει τιςμεταβολές συχνότητας του φέροντος σε μεταβολές τάσηςκαι πρέπει να είναι γραμμικός.

Η κλίση τηςχαρακτηριστικής

K=ΔV/Δfδίνεται σε V/Hz


55

7.6 Αποδιαμόρφωση FM7.6.1 Διευκρινιστής με φίλτρο.• Το πλάτος του σήματος FM δεν επηρεάζεται απότην πληροφορία και παραμένει σταθερό. Αυτόμας δίνει την δυνατότητα πριν τοναποδιαμορφωτή να χρησιμοποιήσουμεσυμμετρικό περιοριστή (ψαλιδιστή).• Αυξάνουμε την ποιότητα του δέκτηαπαλλάσσοντας τον από παρασιτικέςδιακυμάνσεις του σήματος, αυξάνοντας τον λόγοσήματος προς θόρυβο στην έξοδο (SNR).


Στην έξοδοτου ψαλιδιστήτομεσοπερατόφίλτρο LCαποκαθιστάτην ημιτονικήφυσιογνωμίατου σήματος


Ως διευκρινιστήχρησιμοποιούμε ένααπλό επιλεκτικόφίλτρο.

Η απόκριση τουφίλτρου επιλέγεταιέτσι ώστε η κεντρικήσυχνότητα ναβρίσκεται περίπουστο μέσο τουανοδικού ηκαθοδικού τμήματοςτης χαρακτηριστικήςτου.


Το φέρον σήμα, τουοποίου η συχνότηταπαρουσιάζειμεταβολές γύρω απότην κεντρικήσυχνότητα μετά τηνδιέλευση από τοφίλτρο είναιδιαμορφωμένο κατάπλάτος.

Στην συνέχεια ένααπλός φωρατής D-R-Cπραγματοποιεί τηντελικήαποδιαμόρφωση.


59

7.6 Αποδιαμόρφωση FM7.6.1 Διευκρινιστής με φίλτρο.• Αυτή η διάταξη που παρουσιάσαμε έχειένα βασικό μειονέκτημα.• η χαρακτηριστική απόκριση του φίλτρουδεν είναι γραμμική. Με αποτέλεσμα όταν οιμεταβολές συχνότητας είναι μεγάλες, ναεμφανίζονται στην έξοδο παραμορφώσειςτου σήματος.


Έτσι περιοριζόμαστεσε περιπτώσειςδιαμόρφωσης FMόπου έχουμε μικρέςαποκλίσειςσυχνότητας Δfmax,στις οποίες το τμήμαΑ,Β μπορεί ναθεωρηθεί ωςγραμμικό.


Τα δύο φίλτρα χρησιμοποιούν τον ίδιο πυκνωτή (L1-C, L2-C)και λειτουργούν με διαφορά φάσης π, έτσι η μη γραμμικότητατου ενός αντισταθμίζεται από τη μη γραμμικότητα του άλλου, ηχαρακτηριστική εκτείνεται σε ευρύτερη περιοχή. Το ωφέλιμοσήμα είναι η διαφορά των σημάτων V1 και V2 στην έξοδο.


Εδώ απεικονίζεται διανυσματικά η λειτουργία τουαποδιαμορφωτή που ονομάζεται Fooster – Seeley.

Ο συνδυασμός των δύο φίλτρων αποτελεί συντονισμένοκύκλωμα στην κεντρική συχνότητα του φέροντος.


Στο (α).

Στην συχνότητα συντονισμού τα διανύσματα τάσης καιρεύματος είναι συμφασικά, οι τάσεις εξόδου κάθετες στο ρεύμακαι αντίθετες μεταξύ τους. Με αποτέλεσμα οι τάσεις V1 και V2να δίνουν αποτέλεσμα 0. s(t)=V1-V2=0.


Σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση τα διανύσματα ρεύματος καιτάσης παρουσιάζουν διαφορά φάσης.

Οι μεταβολές συχνότητας απεικονίζονται στην διαφορά τωντάσεων V1 και V2. Η τάση στην έξοδο είναι ανάλογη προς τιςμεταβολές της συχνότητας.

7.6.2 Άλλα κυκλώματα αποδιαμόρφωσης

• Μία παραλλαγή του κυκλώματος σύγχρονης φώρασης, πουμελετήθηκε στις αποδιαμορφώσεις ΑΜ μπορεί νααξιοποιηθεί και για αποδιαμόρφωση FM.

• Το φέρον FM πολλαπλασιάζεται με τον εαυτό του, αφούυποστεί ολίσθηση φάσης (-π/2).

• Μεταβάλλεται η συχνότητα μεταβάλλεται και η ολίσθησηφάσης. (-π/2+Δφ)

Δφ=λ*[f(t)-fo]όπου λ=rad/Hz

E(t)=Eo*cos[Φ(t)]

E’(t)=-Eo*sin[Φ(t)-Δf] Vεξ=sinΔφ. .Δφ=λ*κ*s(t)


• Η συχνότητα του σήματος εισόδου συγκρίνεται με τησυχνότητα του VCO που είναι υπολογισμένος στηνσυχνότητα του φέροντος.

• Η τάση ελέγχου του VCO που προσπαθεί να τονσυγχρονίσει στην συχνότητα του σήματος εισόδουαντιπροσωπεύει τις μεταβολές της συχνότητας του, δηλαδήτο ωφέλιμο σήμα.


67


• Μετά την αποδιαμόρφωση το ωφέλιμοσήμα θα υποστεί αποέμφαση.• Ειδικό χαμηλοδιαβατό φίλτροαποκαθιστά τη φασματική φυσιογνωμίατου σήματος, πριν την τελική τουενίσχυσή από τους ενισχυτές χαμηλώνσυχνοτήτων.


68

7.7 Θόρυβος και ευαισθησία στο δέκτη• Η ευαισθησία του δέκτη ορίζεται ως η ελάχιστηένταση του σήματος στην είσοδο του δέκτη έτσιώστε στην έξοδο ο λόγος SNR να έχει μίαδεδομένη τιμή.• Για να γίνει πιο κατανοητό απλοποιούμε τονδέκτη σε δύο τμήματα.• Το ένα όλα τα στάδια πριν την αποδιαμόρφωση

(RF,IF).• Και το δεύτερο την αποδιαμόρφωση και τοτμήμα ενίσχυσης χαμηλών συχνοτήτων.

7.7 Θόρυβος και ευαισθησία στο δέκτη

S’ = το σήμα που προέκυψε από τα στάδια RF,IF.

Ν’ = αθροιστικά όλος ο θόρυβος (εισόδου + κυκλωμάτων)

Si = το σήμα στην είσοδο του δέκτη.

Ni = ο θόρυβος στην είσοδο του δέκτη.


Ο Ni ονομάζεται λευκός θόρυβος και είναι σταθερήςπυκνότητας ισχύος σε όλο το φάσμα των συχνοτήτων.

Ni=k*T*B, k=1,38*10-23 J*K-1 σταθερά Boltzman.

T= θερμοκρασία περιβάλλοντος σε Kelvin,

Β= εύρος ζώνης του σταδίου IF.


Για το πρώτο τμήμα του δέκτη έχουμε (Si/Ni)=Gr*(S’/N’).

Όπου Gr=συντελεστής θορύβου που εξαρτάτε από τατεχνικά χαρακτηριστικά του δέκτη είτε μετριέταιπειραματικά.

Η σχέση που συνδέει τα (S’/N’) και (S/N) εξαρτάτε απότον τύπο της διαμόρφωσης.


Υποθέτουμε ότι S’>>N’ (τουλάχιστον 10 φορές).

AM : (S/N)=m2*(S’/N’)

Αν m=1 τότε (S/N)=(S’/N’).

FM : (S/N)=3*m2*(m+1)*(S’/N’).

Αν m>>1 τότε (S/N)=3*m3*(S’/N’).


73


• Συνδυάζοντας όλες τις σχέσεις μεταξύτους έχουμε :• Για ΑΜ :• Si=(1/m2)*k*T*B*Gr*(S/N)=• 2*k*T*Fmax*Gr*(1/m2)*(S/N) γιατίΒ=2*Fmax.• Αν m=1 τότε Si=2*k*T*Fmax*Gr*(S/N)


74


• Συνδυάζοντας όλες τις σχέσεις μεταξύ τουςέχουμε :• Για FM :• Si=k*T*B*Gr*[1/3*m2(m+1)](S/N)=• 2*k*T*Fmax*Gr*(1/3*m2)*(S/N) γιατίΒ=2*Fmax*(m+1).• Εάν θεωρήσουμε την κεραία ως γεννήτρια τότε

: Si=E2/4*Ri Ri=50Ω (ισοδύναμη αντίστασηεισόδου δέκτη, προσαρμογή με κεραία).


75

7.8 Σύγκριση AM και FMως προς το θόρυβο

• Συγκρίνοντας τις δύο σχέσεις (29,30 σελ258) διαπιστώνουμε ότι για το ίδιο σήμα Siστην είσοδο του δέκτη ισχύει :

• (S/N)FM=3*m2*(S/N)AM.• Αν m>1, τότε (S/N)FM>(S/N)AM.• Η διαμόρφωση FΜ παρουσιάζειμεγαλύτερη αντοχή στο θόρυβο.


76

7.8 Σύγκριση AM και FMως προς το θόρυβο

• Στην περίπτωση της ραδιοφωνίας FMέχουμε m>=5 άρα :

• (S/N)FM=3*52*(S/N)AM ή(S/N)FM=75*(S/N)AM.• Σε db (S/N)FM=(S/N)AM+18,8 db.• Με την προϋπόθεση ότι το σήμα στηνείσοδο είναι μεγαλύτερο από το θόρυβο.

7.8 Σύγκριση AM και FM ως προς το θόρυβο

• Για μικρές τιμές του S’/N’ <10, τοπλεονέκτημα της FM παύει να ισχύει.• Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «φαινόμενοκατωφλίου»

Ηλεκτρονικές Επικοινωνίες κεφ. 7

Education