Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

9 Radiokommunikasjon Radiobølger Radiobølger er elektromagnetiske svingninger og utbredelse av elektromagnetisk energi. Radiobølger utbrer seg like godt.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "9 Radiokommunikasjon Radiobølger Radiobølger er elektromagnetiske svingninger og utbredelse av elektromagnetisk energi. Radiobølger utbrer seg like godt."— Utskrift av presentasjonen:

1 9 Radiokommunikasjon Radiobølger Radiobølger er elektromagnetiske svingninger og utbredelse av elektromagnetisk energi. Radiobølger utbrer seg like godt i vakuum som i luft. Etter som radiobølgene brer seg utover i rommet, vil de avta i styrke og effekten svekkes. Både for sending og mottak av radiobølger må vi benytte antenner.

2 Radiokommunikasjon Figur 9.1Radiokommunikasjon

3 Radiobølger Hvordan radiobølger oppstår Rundt en elektrisk strømførende leder danner det seg et elektromagnetisk felt. I tillegg dannes et elektrostatisk felt. Styrken på det elektromagnetiske feltet står i forhold til strømstyrken i lederen. Når feltet forandrer seg som følge av strømendring i lederen, oppstår en elektromagnetisk bølge. Rundt ledere som fører vekselstrøm vil feltet forandre seg kontinuerlig, og det genereres en elektromagnetisk bølge. En elektromagnetisk bølge brer seg ved at det vekselvis genereres et elektrisk og et magnetisk felt. De to feltene vil bli liggende 90  i forhold til hverandre.

4 Radiobølge Elektrisk bølge Magnetisk bølge 90  Figur 9.2Utbredelse av elektromagnetisk bølge i fritt rom.

5 Frekvensfordeling og bølgelengde Radiobølger er elektromagnetiske bølger og utgjør en del av det elektromagnetiske frekvensspekter. Elektromagnetiske svingninger fra 10 4 Hz til noe over Hz (10 GHz) regnes som radiobølger. Figur 9.3Det elektromagnetiske frekvensspekteret Frekvens (Hz) VLFVLF LFLF MFMF VHFVHF UHFUHF SHFSHF EHFEHF HFHF Bølgelengde (meter) Radiobølger SonarInfrarødt lys Ultra- fiolett lys Synlig lys X-strålerGamma- stråler Kosmiske stråler

6 Inndeling etter frekvens Etter internasjonale overenskomster grupperes radiobølger etter frekvens: 3-30 kHzVLFVery Low Frequency kHzLFLow Frequency kHzMFMedium Frequency 3-30 MHzHFHigh Frequency MHzVHF Very High Frequency MHzUHFUltra High Frequency 3-30 GHzSHFSuper High Frequency GHzEHF Extremely High Frequency

7 Bølgelengde og frekvens Forholdet mellom bølgelengde og frekvens er gitt ved: = c  c = lysets hastighet, 300 x 10 6 m/s (nøyaktig m/s i vakuum) λ Figur 9.4Elektromagnetisk bølge med bølgelengde lik..

8 Bølgelengdeområder BølgelengdeområdeFrekvensområde Langbølge m160 kHz kHz Mellombølge m500 kHz kHz Kortbølge m1600 kHz - 25 MHz Ultrakortbølge3,5 - 2,8 m87 MHz MHz Tabell 9.1Bølgelengdeområder og tilhørende frekvenser. Internasjonalt har ITU ansvar for å tildele frekvensområder. I Norge ved Post- og teletilsynet (PT). All radiokommunikasjon er for øvrig underlagt EKOM- loven. Klikk på denne linken: EKOM-loven

9 Brytning, avbøyning og refleksjon Radiobølger er elektromagnetiske svingninger av samme natur som de elektromagnetiske bølgene i lys. Mange av de samme betraktningene som gjøres for lys, kan derfor brukes for radiobølger. Jo høyere frekvens, desto riktigere vil denne sammenligningen være. Dette kan være viktig å være klar over ved plassering av antenner på sender- og mottakerside. 22 11 11 Medium a Medium b Figur 9.5Brytning og refleksjon av radiobølger. Hvor mye av bølgen som reflekteres eller passerer igjennom disse lagene, vil avhenge av radiobølgens frekvens og innfallsvinkel. Siden det normalt er flytende overganger mellom de atmosfæriske lagene, vil radiobølgene avbøyes i stedet for direkte brytning, samtidig som noen stråler passerer mens andre reflekteres.

10 Utbredelse av radiobølger At radiobølger brytes, avbøyes og reflekteres betyr at det nødvendigvis ikke alltid trenger være fri sikt mellom en sender og mottaker. Vi kan ha direkte stråling og reflektert stråling. Lavfrekvente radiobølger har evne til å forplante seg langs jordoverflaten og kunne følge variasjoner i landskapet. Dette kalles jordbølger, men har relativt kort rekkevidde. Refleksjoner i atmosfæren og ionosfæren kan utnyttes for radiobølger i MF- og HF- området. sendermottaker Figur 9.6Direkte stråling.

11 Ionosfæriske refleksjoner Figur 9.7 Utbredelse av radiobølger som følge av ionosfæriske refleksjoner og avbøyninger. ionosfæren Jordens overflate sender mottaker Ionosfærens avstand fra jordoverflaten er 80 til 640 km. Den er inndelt i flere lag. På grunn av solstråling og kosmisk stråling, blir luften ionisert. I de ioniserte lagene vil radiobølgene bli avbøyet og reflektert. Når bølgene igjen treffer jord- eller havoverflaten, kan de på nytt bli reflektert mot ionosfæren (flerhoppsforplantning). Bølger over Mhz vil praktisk talt ikke bli ionosfærisk reflektert og vil fortsette gjennom ionosfæren ut i verdensrommet.

12 Overflatebundet refleksjon Radiobølger med lavere frekvens kan bli reflektert i temperatur- og fuktighetssjikt i den nedre del av atmosfæren og videre i jordoverflaten. Kalles overflatebundet refleksjon. Lavfrekvente radiobølger har til en viss grad evne til å dreie rundt hindringer i landskapet, og vil derfor kunne fanges opp bak en åsrygg eller bygning. Jo høyere frekvens, desto dårligere blir denne egenskapen.

13 Dempning og absorpsjon En bølge som brer seg i fritt rom, danner en bølgefront på samme måte som en bølge i vann. På samme måte som bølgene i vannet vil radiobølgene avta i styrke. En kilde som stråler ut like mye energi i alle retninger i rommet, kalles en isotropisk kilde. r1r1 r2r2 Bølgefront 2 Bølgefront 1 Kilde Figur 9.8Radiobølgene vil danne bølgefronter.

14 Effekttetthet/feltintensitet Effekttetthet (Power Flux Density, fork. PWD): p = P0P0 4  r 2 [dBW/m 2 ] P 0 = utgangseffekt, r = avstand fra kilde I stedet for effekttetthet, er det også vanlig å operere med feltintensitet, som er et mål for intensiteten til det elektriske feltet. I praksis er effekttetthet og feltintensitet det samme.

15 Dempning av radiobølge G = 10 log p1p1 p2p2 = 10 log P 0 / 4  r 1 2 P 0 / 4  r 2 2 = 10 log ( r2r2 r1r1 ) 2 = 20 log r2r2 r1r1 P 0 = utgangseffekt. r 1 og r 2 er distansene som de to bølgefrontene har tilbakelagt. Ved r 2 = 2 r 1, vil vi få: G = 20 log 2 r 1 r1r1 = 20 log 2 = 6  dB  r1r1 r2r2 Kilde En dobling av radiobølgens distanse vil gi en dempning på 6 dB (ideell betraktning).

16 Støypåvirkning av radiobølger Typer støy: støy som skyldes interferens med andre radiobølger atmosfærisk støy støy som kommer fra elektronisk og elektrisk utstyr

17 Radiosender Figur 9.9Radiosender, blokkskjema.

18 Radiosender Lavfrekvensforsterker Har til oppgave å forsterke lydsignalet. Inneholder båndpass-filtre som filtrerer bort laveste og høyeste frekvenser i lydsignalet for å begrense båndbredden i det overførte signalet. Inneholder en begrenser som skal begrense signalet og forhindre for kraftig LF-signal til modulatoren. HF-oscillator Genererer høyfrekvenssignalet (bærebølgen). Kan være en krystallstyrt oscillator eller mikroprosessorstyrt frekvenssyntetisator. Modulator Skal modulere LF-signalet inn på den høyfrekvente bærebølgen. Ved SSB filtreres det ene sidebåndet bort her. Høyfrekvens-forsterker Skal forsterke det modulerte HF-signalet til nødvendig utgangseffekt for utsending av radiobølgen via antennen. Utgangstrinn Har til oppgave å tilpasse HF-signalet til impedansen i antennen. Her sitter også et lavpassfilter som fjerner eventuelle uønskede overharmoniske frekvenser til HF- signalene.

19 Radiomottaker Radiomottakeren skal fange opp radiobølgene via antennen og skille ut frekvensen for ønsket kanal og gjenskape LF-signalet. Mens de første radiomottakerne var rettmottakere, arbeider de fleste radiomottakere i dag etter superheterodynprinsippet. Superheterodynmottakeren er mer stabil enn en rettmottaker. Rettmottakeren er enklere i oppbygning.

20 Rettmottaker Figur 9.10Blokkskjema rett-mottaker. fSfS Høyfrekvens- forsterker Demodu- lator Lavfrekvens- forsterker Inngangs- krets I en rettmottaker mottas alle frekvenser som antennen kan fange opp. En ulempe er at det kan være vanskelig å eksakt skille ut ønsket kanal.

21 Rettmottaker Inngangskretsen Skal sørge for impedanstilpasning mellom antenne og HF-forsterker. Inneholder: –avstemningskrets for den radiofrekvensen som mottakeren er avstemt for –filtre som skal fjerne uønskede frekvenser i HF-signalet Høyfrekvens-forsterkeren Skal forsterke opp det svake radiosignalet som blir generert i antennen. Demodulatoren Skal demodulere det modulerte HF-signalet. Skal gjenskape LF-signalet. Lavfrekvens-forsterkeren Skal forsterke LF-signalet. Inneholder et LF båndpassfilter som fjerner lavfrekvente og høyfrekvente toner. Effektforsterkeren Skal forsterke LF-signalet og føre det videre til en høyttaler.

22 Superheterodynmottaker Radiofrekvensen som mottas gjøres til en fast frekvens, uavhengig av senderens bærebølgefrekvens. Kalles mellomfrekvensen. Ved AM-modulasjon er mellomfrekvensen 455 kHz. For det ordinære FM-båndet er mellomfrekvensen 10,7 MHz. For andre typer radiomottakere kan mellomfrekvensen ha andre verdier. En egen oscillator i mottakeren genererer selve mellomfrekvensen.

23 Superheterodynmottaker Figur 9.11Blokkskjema superheterodyn-mottaker. f inn fofo G fmfm Blande- trinn Mellomfrekvens- forsterker Demodu- lator Lavfrekvens- forsterker Inngangs- krets

24 Superheterodynmottaker Inngangskresten Har samme funksjon som for rettmottakeren. Virker som et båndpassfilter og avstemning for den radiofrekvensen vi ønsker å motta. Blandetrinn Blanding av innfrekvensen fra antennen med oscillatorfrekvensen. Oscillatorfrekvensen justeres inn slik at mellomfrekvensen alltid får samme verdi: f m = f o – f inn Mellomfrekvensforsterkeren Forsterker opp mellomfrekvensen. Radiomottakerens evne til å skille ut radiofrekvensen er svært avhengig av mellomfrekvensforsterkerens kvalitet. De to siste blokkene, demodulator og LF-forsterker, har samme funksjon som i rettmottakeren.

25 Kommunikasjonssystemer Eksempler på trådløse kommunikasjonssystemer: Kringkasting for radio –Analog kringkasting –DAB Kringkasting for TV –Analogt bakkenett –Digitalt bakkenett –Satellitt-TV Mobiltelefonnett –GSM –UMTS Radiolinjesystemer

26 Radiolinjer Benytter parabolantenner og radiobølger i SHF-området (over 3 GHz, mikrobølger) Punkt-til-punkt system. Fri siktlinje mellom sender og mottaker. Endepunktene kalles termineringsstasjon. Relestasjoner når avstanden blir for stor (videreformidler, frekvensomformer og forsterker). Terminerings- stasjon Rele- stasjon Figur 9.12Radiolinjesystem

27 Satellittkommunikasjon Kan betraktes som et radiolinjesystem der stasjoner er plassert på satellitter ute i verdensrommet. Benytter parabolantenner. En satellitt kan dekke store deler av jordoverflaten. Egne frekvenser for opplink og nedlink. Benyttes i: –tele- og datakommunikasjon –radio- og TV-kringkasting –i navigasjonssystemer og sivil og militær overvåkning –vær- og miljøobservasjoner

28 Satellittkommunikasjon Figur 9.13En satellitt har en frekvens for opplink og en for nedlink. opplink nedlink En satellitt er en enhet som følger en sirkelformet eller ellipseformet bane rundt jordkloden på samme måte som månen.

29 Geostasjonære satellitter Satellitter som står i et fast punkt i forhold til jordens overflate kalles geostasjonære satellitter. Dekker 1/3 av jordens overflate. I en bane med en avstand ca km (mer nøyaktig km) over ekvator vil den følge jordens rotasjonenshastighet. Beltet i denne avstanden kalles Clarke-beltet. Benyttes i TV-, radio- og datakommunikasjon. satellitt km km Figur 9.15Geostasjonær satellitt.

30 Satellittbaner Figur 9.14Satellitt-typer og baneavstander til jorden. Geostasjonær km Mellombane satellitt km Lavbane satellitt km Satellittbaner Mer om satellittbaner finner du på denne linken:

31 Andre satellittsystemer Lavbanesatellitter (Low Earth Orbit, LEO) Mellombanesatellitter (Medium Earth Orbit, MEO) Brukes til overvåkning og relestasjoner for datakommunikasjon, mobiltelefon og navigasjonssystemer.

32 Satellittkommunikasjon Jordstasjoner på bakken kommuniserer med satellittene via parabolantenner. Signalene sendes gjennom ionosfæren til satellittens mottakerantenne, forsterkes opp og sendes tilbake til jorden. Er utstyrt med en eller flere transpondere. En transponder er en kombinert mottaker og sender. Transponderen mottar radiosignalene, forsterker dem, endrer frekvens og sender dem tilbake. Egne frekvenser for opplink og nedlink (forhindrer at signalene påvirker hverandre). Frekvensbånd i området fra 3,5 GHz til 14,5 GHz. Får strøm via solcellepanel.

33 Aktuelle satellitter Hot Bird Astra Eutelsat F4 Sirius 0º Telecom 2A Intelsat 705 Intelsat 803 Orion ThorEutelsat 45º Øst 45º Vest 30º Øst 15º Øst 30º Vest 15º Vest Figur 9.16En del aktuelle satellitter og deres plassering over ekvator. Mer info om satellitter finner du på denne linken: Satellitter

34 Frekvenssyntetisatorer og faselåste sløyfer Frekvenssyntetisator Benyttes for innstilling av riktig kanalfrekvens i en radiosender eller radiomottaker. Bygget opp rundt en faselåst sløyfe, PLL (Phase Locked Loop). Faselåst sløyfe, PLL Består av blokkene: –fasedetektor –lavpassfilter (sløyfefilter) –VCO Sørger for å holde utgangsfrekvensen låst til inngangsfrekvensen ved hjelp av VCO. En faselåst sløyfe kan innta tre forskjellige tilstander: –faselås –innfangingstilstand –frittsvingende

35 Faselåst sløyfe, PLL Figur 9.17 Faselåst sløyfe.

36 Fasedetektor Figur EKSKLUSIV ELLER som fasedetektor.

37 VCO Figur 9.19 VCO.

38 Frekvenssyntetisatorer Benyttes der vi er avhengig av å stille inn flere forskjellige kanalfrekvenser med fast frekvensavstand (kanalavstand). Kanalavstand: f R = f X / D. Antall kanaler bestemt av frekvensdelerens delingstall N (alltid et heltall). Figur 9.20Frekvenssyntetisator.

39 Frekvenssyntetisatorens kanalfrekvens Innstilt kanalfrekvens avhengig av hvilken verdi N er innstilt på. Endres delingstallet, endres kanalfrekvens innenfor de frekvenser som er tilgjengelig for sløyfen. Høyeste og laveste utgangsfrekvens bestemt av høyeste og laveste verdi av delingstallet N. Verdien til frekvensen f N vil derfor bli: f N = f o / N Er i faselås når følgende betingelse er oppfylt: f R = f N = f o / N Eller f o = N Fr Når N = 1, vil utgangsfrekvensen f o være lik referansefrekvensen f R som vil være laveste utgangsfrekvens. Høyeste utgangsfrekvens: f 0 (max) = N (max) f R

40 Økning av kanalfrekvens Figur 9.21 Frekvenssyntetisator med frekvensblander i tilbakekoblingen. Ved å koble inn en frekvensblander i tilbakekoplingen vil kanalavstanden reduseres og utgangsfrekvensen økes. Benyttes for innstilling av kanalfrekvens i VHF-området.

41 Digital radio Benyttes i tradisjonell lydkringkasting, jordbundne nett og mobiltelefon. Modulasjonsmetoder: ASK, FSK, PSK, QPSKM. DAB Analoge signaler gjøres digitale ved hjelp av PCM. Punktprøvefrekvens 32 eller 48 kHz. De digitale signalene komprimeres før de sendes som koder.

42 DAB (Digital Audio Broadcasting) Fordeler: Forbedret lydkvalitet. Gir støyfritt mottak. Gir bedre frekvensutnyttelse. Flere kanaler på samme frekvens. Mulighet for å høre egne lokalsendinger over hele landet. Gir mulighet for overføring av data, tekst og grafikk. Dataoverføring gir mulighet for tekst på display med angivelse av mottatt kanal. Gir mulighet for interaktivitet som nedlasting av programmer. Gir mulighet for kryptering av sendinger. Gir mulighet for betalingstilknytning av kanaler.

43 DAB, funksjon og utstyr DAB krever egne mottakere etter egen standard. Flere kanaler sendes på samme frekvens ved å innrette radiokanalene i frekvensblokker. Datastrømmene fra de forskjellige kanalene blandes sammen i en multiplekser til en stor datastrøm. Den samlede datastrømmen, såkalt ensemble, sendes inn i en COFDM-modulator (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). COFDM-modulatoren gjør signalet om til en frekvensblokk med frekvensbredde 1,5 MHz. Hver sender i et nett har en egen COFDM-modulator. Nett der flere kanaler sender på samme frekvens i hele dekningsområdet, kalles enfrekvensnett eller SFN (Single Freqency Network). Frekvensene som benyttes ligger i VHF-området. Komprimeringsmetode er MPEG (Moving Picture Experts Group) Layer II (samme som benyttes i satellitt-TV og DVD og er en ISO/IEC standard for komprimering av data for multimedia).

44 DAB-system Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Kanal 5 Kanal 6 Kanal 7 Kanal 8 Frekvens- blokk Ensemble Figur 9.22DAB-system for overføring av flere kanaler på samme frekvens. Multi- plekser

45 Digitalt bakkenett for TV Ved å klikke på disse linkene får du informasjon om det digitale bakkenettet for TV: BAKKENETT NTV


Laste ned ppt "9 Radiokommunikasjon Radiobølger Radiobølger er elektromagnetiske svingninger og utbredelse av elektromagnetisk energi. Radiobølger utbrer seg like godt."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google