I. Sygnały i zakresy częstotliwości wykorzystywane w radiofonii

1. Zakresy częstotliwości i dynamika sygnałów mowy i muzyki

Muzyka -zakres częstotliwości: 40Hz-15k; dynamika: 70dB (30-100)

Mowa -zakres częstotliwości: 100Hz-8k; dynamika: 50dB (30-80)

Zakres słyszalności: zakres częstotliwości: 20Hz-20k; dynamika 140dB (-10-130)

2. Podstawowe rodzaje modulacji wykorzystywane w radiodyfuzji naziemnej

AM: szerokość pasma B=2f_m.; nieekonomiczna ze względu na szerokość pasma i moc; zaletą jest łatwość z jaką się ją generuje oraz dokonuje operacji odwrotnej; dzielimy ją na: DSB-S.C. mod dwuwstęgowa ze stłumioną falą nośną; VSB mod z częściowo stłumioną wstęgą boczną; SSB mod jednowstęgowa: B=f_m.

FM: szerokość pasma B={2(Δf+f_max) dla Δf/f_max≤4 oraz 2(Δf+2f_max) dla Δf/f_max>4

3. System stereofoniczny z częstotliwością pilotującą. Tworzenie sygnału. Nominalne widmo częstotliwościowe

Do przenoszenia informacji wykorzystuje się sygnały różnicowe z modulacją amplitudy z całkowicie wytłumiona falą nośną. Sygnały mikrofonowe A,B pochodzące z dwóch kierunków niosą informacje nie tylko o natężeniu dźwięku, ale też o ich kierunku. Wykorzystujemy dwa sygnały A,B dopiero w nadajniku sygnały te przychodzące oddzielnie są zamienione na: sygnał sumy: M.=1/2(A+B) i sygnały różnicy S=1/2(A-B) -informacja o różnicy może być przekazywana w różny sposób (w Polsce wykorzystywany jest system z częstotliwością pilotującą z mod AM z całkowicie wytłumioną falą nośną); Maksymalna dewiacja=75k, a dla sygnałów dodatkowych=7.5k; Zastosowano pilota pozwala na odtworzenie fali podnośnej co do fazy i częstotliwości=19k; Przejście przebiegu podnośnej przez zero przy narastaniu sygnału ma być takie same jak przejście przez zero sygnału pilota, gdy tak nie będzie to wystąpi zjawisko zamiany kanałów; Sygnał MX: MX(t)=M.(t)+X(t)sin2w_pt, w_p -pulsacja podnośnej; Sygnał MPX: MPX(t)=MX(t)+P(t)=1/2(A+B)+1/2(A-B)sin2w_pt+0.1sinw_pt -patrz. rysunek

4. System kwadrofoniczny Dorrena. Tworzenie sygnału. Widmo częstotliwościowe

Jest to najbardziej znany system wśród systemów dyskretnych (4-4-4). Różnica polega na tworzeniu sygnałów; Sygnał sumy: M.=(L_p+L_t)+(P_p+P_t)=L+P; Sygnał X: X= (L_p+L_t)- (P_p+P_t)=L-P; Sygnał Y: Y=(L_p+P_p)-(L_t+P_p); Sygnał U: U=(L_p+P_t)-(P_p+L_t); -patrz rysunek

5. Zakresy częstotliwościowe wykorzystywane w radiodyfuzji

Długie: 1-10km, 30-300k Średnie: 100-1000m., 300-3000k

Krótkie: 10-100m., 3-30m. Ultrakrótkie: 1-10m., 30-300M

6. Charakterystyka wykorzystania zakresu fal długich

Służą do przesyłania sygnałów telegraficznych; Wykorzystywany zakres fal: 148.5-283.5k; Radiodyfuzja: 148.5-255k; Radiodyfuzja i radionawigacja: 255-283.5k

7. Charakterystyka wykorzystania zakresu fal średnich

Zastosowanie w: radiofonii, radiotelefonii, radiotelegrafii;wykorzystywany zakres: 525-1600k

8. Charakterystyka wykorzystania zakresu fal krótkich

Zastosowanie w radiofonii, radiotelefonii, radiotelegrafii; wykorzystywane są wąskie pasma: 11m., 13m., 16m., 19m., 25m., 31m., 41m., 49m. oraz dodatkowo 75m

9. Charakterystyka wykorzystania zakresu fal ultrakrótkich

Stacje radiofoniczne wykorzystują przedziały częstotliwości 66-73M (OIRT) oraz 87.5-108 (CCIR); stacje telewizyjne zajmują 5 zakre. częstotliwości zawartych w przedziale 40-960M (każdy zakres jest podzielony na kanały przeznaczone dla poszczególnych radiostacji, a szerokość kanałów jest przystosowana do danego systemu TV); wykorzystywane również w urządzeniach radiolokacyjnych (radarach)

10. Radiofonia satelitarna

Amerykańskie satelitarne cyfrowe systemy radiofoniczne SDARS:

1. Sirius Sat: satelity umieszczone są na satelitach eliptycznych; korzysta z 3 satelitów, które poruszają się wokół długości 100°W; średni kąt elewacji≈60°; Uplink -7060-7072.5M ; Downlink: 2320-2324M i 2328.5-2332.5M ; szybkość transmisji: 4.4 Mbitps

2. XM Sat: satelity umieszczone są na dwóch orbitach geostacjonarnych (85°W i 115°W); kąt elewacji=45°; pokrywa zasięgiem całe Stany Zjednoczone; Uplink: 7050-7075M.; Downlink: 2332.5-2336.5 M. i 2341-2345M.; szybkość transmisji: 4 Mbitps

Modulacje: satelita: TDM-QPSK; ziemia: TDM-COFDM; Odbiór zbiorczy: przestrzenny -jest to różnicowy odbiór zbiorczy jeżeli dwa nadajniki nadają identyczne sygnały; czasowy -występuje opóźnienie 4-5s

II. Szumy

1. Moc szumów rezystora w paśmie B_sz­ i wartość średnia kwadratowa SEM szumów termicznych rezystora w paśmie B_sz

Szumy cieplne rezystora R reprezentowane są przez napięciowy generator szumów e_szt połączony z bezszumną rezystancją R lub za pomocą prądowego generatora szumów i_szt dołączonego równolegle do idealnie bezszumnej konduktancji G=1/R; średnia kwadratowa wartość napięcia/prądu szumów: Więc wartość mocy szumów rezystora w paśmie B_sz wynosi:

2. Definicja pasma szumowego. Interpretacja graficzna

k_pr -wzmocnienie mocy rozporządzalnej

patrz rysunek

3. Szumy sieci rezystancyjnych

4. 
   Szumy sieci RLC

Dla dostrojenia do rezonansu: Dla pracy na zboczu krzywej rezonansu lub przy rozstrojeniu:

5. Definicja skutecznej temperatury szumów T_e

d_prsz -rozporządzalna moc szumów danego źródła o paśmie częstotliwości df

df -nieskończenie wąskie pasmo

6. Definicja względnej temperatury szumów t_sz

Względną temperaturę szumów t_sz danego źródła szumów nazywamy stosunek skutecznej temperatury szumów tego źródła T_e do standardowej temperatury szumów T₀=290K. Stąd wynika, że względna temperatura szumów danego źródła t_sz jest równa stosunkowi rozporządzalnej mocy szumów d_prsz tego źródła w paśmie częstotliwości df do rozporządzalnej mocy szumów cieplnych rezystora o temperaturze standardowej w tym samym paśmie.

7. Definicja średniego (całkowego) standardowego współczynnika szumów

Stosunek całkowitej rozporządzalnej mocy szumów P_rsz na wyjściu danego układu do tej części wyjściowej rozporządzalnej mocy szumów P_rsz0, która jest wyłącznie wywołana szumami własnymi źródła sygnału. Całkowy: Różniczkowy:

8. Współczynnik szumów wzmacniacza wielostopniowego

patrz rysunek

9. 
   
   
   Wyznaczyć F_w układu składającego się z kabla o tłumieniu 3dB dołączonego na wejście odbiornika o współczynniku szumów F_r=3dB

10. Związek czułości granicznej z współczynnikiem szumów

Związek ten stosujemy tylko dla odbiorników linearnych, gdyż w przypadku występowania nie linearności wartość współczynnika szumów zmienia się przy zmianie syg wejściowego.

11. 
    Wyznaczenie czułości użytkowej odbiornika przy znanym współczynniku szumów

Czułość użytkowa jest więc związana ze średnim standardowym współczynnikiem szumów F odbiornika następującymi zależnościami:

Dla AM: Dla FM:

n -stosunek syg-szum na wyj odb; m. -głębokość modulacji; df -dewiacja; B_sz -skuteczna szerokość pasma; R_A -wew. Rezystancja źródła sygnału (anteny)

III. Zniekształcenia w torze w.cz. odbiornika

1. Skutki nieliniowości elementów wzmacniających i mieszaczy

Bezpośrednimi skutkami nieliniowości elementów wzmacniających (także mieszaczy) są bardzo często występujące zniekształcenia, które głównie biorą swój początek w nieliniowych elementach obwodów wejściowych odbiornika (elementy wzmacniające i mieszacze). Wpływ nieliniowości charakterystyki elementów może zostać odzwierciedlony przez następujące rodzaje zniekształceń: modulację skrośną oraz intermodulację

2. Zniekształcenia sygnału niemodulowanego na nieliniowym elemencie wzmacniającym

W przypadku braku zniekształceń sygnału mamy do czynienia z liniowym przebiegiem charakterystyki dynamicznej wzmacniacza (zależność prądu wyjściowego I_mwy lub napięcia U_mwy od amplitudy napięcia sygnału wejściowego). W praktyce przebieg tej charakterystyki jest prostoliniowy tylko dla małych amplitud napięcia U_ms, a dla większych wartości występuje zakrzywienie charakterystyki (jest nieliniowa): I_mwy=g_m.U_ms+1/8g^''_mU³_ms+... -składnik mający wpływ na nieliniowość charakterystyki, pozostałe pomijamy

3. Zniekształcenia modulacji AM na nieliniowym elemencie wzmacniającym

Ponieważ ucho ludzkie jest bardzo wrażliwe na tzw. tony kombinowane (sumaryczna i różnicowa częstotliwość toru modulującego i jego harmonicznych) -należy odpowiednio ograniczyć współczynnik zawartości harmonicznych, gdyż wtedy poziom tonów harmonicznych radykalnie spada. Na podstawie wzoru: h_m.+(3/16)*m.*(g''_m/g_m.)*U²_ms możemy obliczyć dopuszczalną wartość amplitudy napięcia wejściowego U_msmax, dla której współczynnik zawartości harmonicznych nie przekracza określonej wartości: U_msmax=SQRT[(16*h_m.*g_m.)/(3*m.*g^''_m.)]=2.3*SQRT[(h_m.*g_m.)/(m.*g^''_m.)]. Ponieważ wypadkowa zawartość harmonicznych na wyjściu odbiornika nie powinna przekraczać 10% dlatego wzmacniacz w.cz. lub p. cz. nie powinien wprowadzać więcej niż 1-2% harmonicznych, aby spełnic ten warunek , należy zastosować elementy wzmacniające o odpowiednim przebiegu charakterystyki przy odpowiednim ograniczeniu amplitud. Także zjawisko detekcji przyczynia się do występowania składowych małej częstotliwości na wyjściu, jest to zjawisko silnie nie pożądane, gdyż wytworzone w ten sposób napięcie na elementach RC może przeniknąć do innych stopni powodując dodatkowe zniekształcenie.

4. Modulacja skrośna w obwodach wzmacniacza w.cz. i mieszacza -przyczyny występowania, skutki

Jeżeli do wejścia odbiornika przenika sygnał niepożądany, który nie został stłumiony pomimo dość znacznych różnic częstotliwości pomiędzy jego falą a falą nośną sygnału niepożądanego. Zjawisko to spowodowane jest krzywoliniową charakterystyką wzmacniacza w.cz. oraz dość wysokim poziomem sygnału niepożądanego. Skutkuje to przenoszeniem do dalszych obwodów odbiornika sygnału niepożądanego za pośrednictwem fali nośnej sygnału pożądanego (jednoczesny odbiór 2 sygnałów pożądanego i niepożądanego)

5. Podać przykładową częstotliwość sygnału, który z dużym prawdopodobieństwem wywoła efekt modulacji skrośnej w odbiorniku AM dostrojonym do 10 MHz

10MHz ± 72 MHz = 9.28 MHz lub 10.72 MHz

6. Intermodulacja przy wielkiej częstotliwości w obwodach wzmacniacza w.cz. i mieszacza -przyczyny występowania, skutki

Przyczyny: przenikanie do obwodów wejściowych 2 dostatecznie silnych sygnałów niepożądanych, których suma lub różnica jest równa częstotliwości sygnału pożądanego. Przenikanie wynika z nieliniowości charakterystyki elementu wzmacniającego;

Skutek: przy braku sygnału pożądanego na wyjściu mogą wystąpić obydwa sygnały niepożądane, a w obecności sygnału pożądanego wystąpi dodatkowo zjawisko gwizdów interferencyjnych

7. Jakiego typu zakłócenia intermodulacyjne stanowią potencjalnie najistotniejsze zagrożenie dla odbioru radiowego. Dlaczego?

Zakłócenia intermodulacyjne nie są wywołane tylko przez sygnał kombinowany powstający przy sumie i różnicy sygnałów niepożądanych, lecz także jeden sygnał może spowodować zakłócenia intermodulacyjne wtedy gdy którakolwiek z jego harmonicznych na częstotliwość równą częstotliwości dostrojenia odbiornika. Źródłem zakłóceń intermodulacyjnych są wzmacniacze w. cz. Polega to na tym, że w pierwszym elemencie wzmacniającym odbiornika w skutek nieliniowości jego charakterystyki powstaje przemiana częstotliwości (sumacyjna), w wyniku której wytwarzają się częstotliwości, na które może reagować odbiornik. Najprostszym przypadek: gdy suma lub różnica częstotliwości sygnałów niepożądanych jest równa częstotliwości dostrojenia odbiornika. Do zmniejszenia zakłóceń powodowanych intermodulacją stosuje się tłumienie sygnału niepożądanego w obwodzie w. cz. (obwód o dużej dobroci) oraz przez zastosowanie pierwszego elementu wzmacniającego o charakterystyce zbliżonej do prostoliniowej z punktem pracy znajdującym się na najbardziej liniowym odcinku.

8. Podać częstotliwość f_z2 sygnału, która wywoła wraz z sygnałem f_z1=10020 kHz, zakłócenie intermodulacyjne trzeciego rzędu w odbiorniku dostrojonym do f_d=10000kHz

f_d=f_z2-2f_z1 lub f_d=2f_z2-f_z1; f_d=10000kHz; f_z1=10020kHz więc

f_z2=f_d+2f_z1=30040kHz oraz f_z2=0.5*(f_d+f_z1)=10010kHz

9. Blokowanie silnym sygnałem zakłócającym -przyczyny występowania, skutki

Blokowanie silnym sygnałem zakłócającym jest to efekt „zatkania” odbiornika na skutek detekcji sygnału w. cz. na nieliniowości stopni wejściowych odbiornika. Następuje zmniejszenie głośności lub utrata głośności stacji. Zazwyczaj efekt występuje w pobliżu nadajników.

10. Warunek występowania gwizdu interferencyjnego w odbiorniku radiofonicznym z przemianą częstotliwości

Przyczyną występowania gwizdów interferencyjnych: a) nieliniowość charakterystyk mieszaczy, b) niedostateczna selektywność obwodów w. cz. przed mieszaczem, c) szkodliwe sprzężenie między różnymi obwodami. Zjawisko przemiany częstotliwości i sprzężenia szkodliwe są przyczynami występowania gwizdów, w skutkach interferowania ze sobą różnych składowych tych napięć. Im więcej harmonicznych tym silniej występują gwizdy:

---