Bazele Receptiei Radio

CUPRINS

CAP.I.PROPAGAREA UNDELOR RADIO………………………. 1

1.1.Generalități, fenomene întâlnite în propagarea

undelor electromagnetice………………………………….. 1

1.2.Atmosfera terestră……………………………………… 4

1.3.Căile de propagare a undelor radio………………….. 5

1.4.Particularitățile de propagare a undelor radio …….. 6

CAP.II.SISTEME RADIANTE………………………………………. 8

2.1.Generalități……………………………………………….. 8

2.2.Parametrii caracteristici ai antenelor…………………10

2.3.Principiul imaginilor……………………………………..14

2.4.Clasificarea antenelor……………………………………15

CAP.III.ETAJE DE RADIOFRECVENȚĂ………………………….16

3.1.Generalități………………………………………………..16

3.2.Etaje de radiofrecvență utilizate în RR……………….18

CAP.IV.MODULAȚIA…………………………………………………31

4.1.Generalități…………………………………………………31

4.2.Clasificare………………………………………………….32

4.2.1.Modulația de amplitudine………………………32

4.2.2.Modulația de frecvență…………………………35

4.2.3.Modulația de fază………………………………..38

CAP.V.DETECȚIA……………………………………………………39

5.1.Detecția semnalelor modulate în amplitudine………39

5.2.Detecția semnalelor modulate în frecvență…………40

BIBLIOGRAFIE………………………………………………………43

CAP.I. PROPAGAREA UNDELOR RADIO

1.1. Generalități, fenomene întâlnite în propagarea undelor electromagnetice.

Orice legătură radio are trei părți: emițător, mediu de propagare și receptor.

Undele radio sunt oscilații electromagnetice care se folosesc pentru transmiterea, fără fir, a semnalelor la distanță, de la emițător la receptor.

Undele radio sunt produse de antene și se propagă în aer. Viteza de propagare a undelor radio este egală cu viteza de propagare a luminii ( c=300.000 km/s ).

Câmpul electromagnetic este o formă de existență a materiei, caracterizată printr-o stare fizică particulară a spațiului, în care există simultan un câmp electric și un câmp magnetic, inseparabile, variabile în timp și care se condiționează reciproc. În fiecare punct al spațiului atins de o undă electromagnetică, vectorii intensitate a câmpului electric, E, și a celui magnetic, H, oscilează în fază pe direcții normale.

În aer, între E și H se stabilește relația:

Această mărime este cunoscută sub denumirea de impedanță caracteristică a spațiului.

Transportul energiei radio are loc în direcția de propagare a undelor radio. Direcția de propagare (p) este perpendiculară pe planul format de componentele E și H ale câmpului (figura1).

Figura1. Vectorii E, H, și p.

Pentru că forțele electrice și magnetice din câmpul electromagnetic au o direcție precis determinată și totodată unică, acest câmp se numește polarizat. Caracterul polarizării este determinat de construcția și orientarea antenei.

Game de unde. Distanța parcursă de o undă într-o perioadă (T) a oscilației câmpului electromagnetic se numește lungime de undă și se notează cu λ:

.

În funcție de lungimea de undă, undele radio se clasifică în game de unde conform tabelului următor:

Fiind o undă electromagnetică, unda radio prezintă următoarele proprietăți:

-reflexie;

-refracție;

-difracție;

-interferență;

-absorbție.

Vom reaminti pe scurt în ce constă fiecare dintre proprietățile de mai sus.

Reflexia este fenomenul de schimbare a direcției de propagare a undei radio atunci când aceasta întâlnește un mediu cu parametrii electrici diferiți de cei ai mediului inițial.

Refracția undelor radio are loc la trecerea undelor dintr-un mediu în altul, datorită diferenței vitezei de propagare prin cele două medii. Refracția are loc la trecerea undelor din aer în apă sau sol, precum și la trecerea undelor din straturile inferioare în straturile superioare ale atmosferei.

Fenomenele de reflexie și refracție au fost reprezentate schematic în figura2.

Figura2. Reflexia R și refracția undei.

Difracția este fenomenul de modificare a direcției de propagare a unei unde datorită unor obstacole sau neomogenități aflate într-un mediu omogen. Fenomenul este însoțit de deformarea undei și de ocolirea obstacolelor dacă acestea au dimensiuni comparabile cu lungimea de undă.

Difracția undelor electromagnetice asigură propagarea dincolo de orizontul radio și în spatele obstacolelor (unde kilometrice și hectometrice).

Dispersia undelor electromagnetice este fenomenul de propagare a undelor în medii eterogene, în direcții diferite de direcția de propagare a undei directe.

Această proprietate determină, alături de alți factori, propagarea UUS la distanțe care depășesc distanța vizibilității directe.

Interferența este fenomenul de suprapunere a undelor radio create de aceeași sursă dar care au parcurs drumuri diferite și deci au faze diferite.

Când fazele undelor ce se interferează sunt apropiate, amplitudinea rezultantă este mai mare decât amplitudinea undelor componente, iar când fazele sunt opuse amplitudinea rezultantă este mai mică decât acestea și se poate chiar anula.

Absorbția este procesul prin care o parte din energia unei unde este reținută de mediul sau corpul în care se propagă.

Absorbția undelor radio se produce în pământ și în atmosferă și este determinată de rezistența la propagare prezentată de mediu. Absorbția în atmosferă depinde de starea de ionizare a acesteia și de frecvența undelor.

1.2. Atmosfera terestră.

Undele radio se propagă în atmosferă și de aceea este necesară cunoașterea compoziției și structurii ei.

Atmosfera este mărginită inferior de suprafața pământului, care este slab conductibilă; ea are o grosime de 3.000 km și este un înveliș gazos al pământului format din azot, oxigen, vapori de apă. Atmosfera are următoarele straturi:

-ionosfera (60 … 500 km)

-stratosfera (60 … 80 km)

-troposfera( 16 … 18 km)

Troposfera are rolul cel mai important în procesul de reflexie și absorbție a undelor radio, deoarece în ea se găsesc particule cu sarcină electrică. Acestea sunt produse de razele ultraviolete și de alte raze, care ionizează atomii gazelor ce compun ionosfera (apar ioni și electroni). Ionizându-se, gazul devine bun conducător de electricitate. Se înregistrează niște maxime de conductivitate la înălțimea de 300 km (stratul F2, figura3.), la 200 km (stratul F1), iar apoi la 100 km de la suprafața solului (stratul E), unde razele soarelui întâlnesc oxigenul în stare moleculară și îl disociază. Stratul D este la o înălțime de aproximativ 60 km și este format din ozon.

Stratul D există numai ziua; straturile F1 și F2 există de asemenea în timpul zile, dar numai vara. Activitatea solară (perioada 11 ani) influențează concentrația sarcinilor electrice.

Figura 3. Structura ionosferei.

1.3. Căile de propagare a undelor radio.

Cum s-a arătat mai sus, propagarea undelor radio este puternic influențată de suprafața pământului și de atmosferă.

Energia radiată de emițător poate ajunge la receptor în două moduri:

-pe baza undei directe, numite și undă de suprafață – care se propagă la suprafața pământului (în stratosferă);

-pe baza undei spațiale, provenite din reflectarea undei radio de către ionosferă (unda indirectă).

În propagarea undei spațiale sunt prezente fenomenele analizate mai sus ca: refracția, difracția, dispersia și absorbția.

Interferența undei directe cu unda indirectă sau cu undele repetat reflectate poate produce amortizarea semnalului, fenomen cunoscut sub denumirea de fading (figura4).

1.4. Particularitățile de propagare a undelor radio.

În diverse domenii de lungimi de undă, propagarea undelor radio are loc diferit (figura5.). În tabelul ce urmează sunt analizate particularitățile pentru gamele cunoscute: unde lungi, unde medii, unde scurte și unde ultrascurte.

CAP.II. SISTEME RADIANTE

2.1. Generalități.

Procesul prin care sunt produse undele electromagnetice se numește proces de radiație. Procesul de radiație energiei de înaltă frecvență a unei stații de radioemisie se realizează cu ajutorul antenei.

Cea mai simplă antenă este vibratorul simetric sau antena dipol: aceasta este de fapt un circuit oscilant deschis care se poate obține dintr-un circuit închis prin depărtarea plăcilor condensatorului (figura 6.). La frecvențe mari, capacitatea și inductanța au valori foarte mici, așa că ele se reduc la capacitatea și inductanța parazită a două conductoare.

Figura 6. Vibratorul simetric obținut prin deplasarea plăcilor condensatorului într-un circuit oscilant.

Procesele fizice care au loc într-un asemenea vibrator sunt arătate în figura7.

Figura 7. Întreținerea oscilațiilor libere într-un vibrator simetric.

La antena dipol, liniile de forță ale câmpului electric sunt perpendiculare pe liniile de forță ale câmpului magnetic, formând astfel un câmp electromagnetic. Acesta se propagă în spațiu, depărtându-se de antenă.

Pentru întreținerea permanentă a oscilațiilor, vibratorul trebuie alimentat în permanență cu energie, pe care el o radiază sub formă de unde electromagnetice în spațiu.

Antene de emisie și antene de recepție. Vibratorul simetric, așa cum a fost prezentat, reprezintă o antenă de emisie. El poate foarte bine să joace rolul unei antene de recepție.

În practică se întâlnesc cazuri când una și aceeași antenă este folosită simultan atât pentru emisie, cât și pentru recepție (de exemplu la radiorelee).

Dar, în majoritatea situațiilor, între cele două feluri de antene există mari diferențe constructive. Antenele de emisie, care lucrează la puteri mari, sunt instalații complicate și costisitoare, în timp ce pentru antenele de recepție, pretențiile nefiind așa de mari. Se adoptă soluții constructive simple și necostisitoare.

2.2. Parametrii caracteristici ai antenelor.

O serie de parametri ai circuitelor oscilante (impedanța de intrare, randamentul, lungimea de undă proprie, banda de trecere) caracterizează deopotrivă și antenele. Alți parametri sunt însă specifici antenelor, înălțimea efectivă a antenei, coeficientul de directivitate, caracteristica de directivitate.

Impedanța de intrare a antenei este impedanța măsurată la bornele de intrare ale vibratorului. Ca orice impedanță:

Zint = Ra + jXa,

unde rezistența Ra a antenei se calculează ca raportul dintre puterea aplicată antenei și pătratul intensității maxime a curentului care circulă prin antenă:

.

Randamentul antenei. O parte din puterea aplicată antenei este radiată de antenă în spațiul înconjurător sub formă de unde electromagnetice (puterea radiată Pr), iar o altă parte reprezintă puterea de pierderi, Pp, consecință a pierderilor care au loc în antenă prin încălzirea acesteia, în izolatoare, în piesele componente ale antenei, prin încălzirea solului din vecinătatea antenei (în mod deosebit în gama de unde lungi și medii).

Randamentul antenei se definește ca raportul între puterea radiată și puterea totală aplicată antenei:

.

Deoarece rezistența antenei se poate scrie:

,

unde Rr, este rezistența de radiație și Rp este rezistența de pierderi.

.

Randamentul va fi cu atât mai bun cu cât rezistența de pierderi va fi mai mică; Ra se poate afla ușor, prin măsurarea curentului, tensiunii și puterii aplicate antenei la bornele de intrare, dar rezistența de pierderi și cea de radiație se determină dificil experimental. De aceea, pentru evaluarea randamentului antenei, se folosește Rr rezultată din calcule.

Lungimea de undă proprie a antenei. Partea activă (Ra) și cea reactivă (Xa) a impedanței de intrare se modifică odată cu modificarea frecvenței de lucru.

Reprezentând variația lui Ra și a lui Xa în funcție de lungimea antenei și de lungimea de undă λ a radiației (figura 8.), se observă că la anumite frecvențe componenta respectivă se anulează. Dar Xa=0 înseamnă un fenomen de rezonanță serie.

Figura 8. Variația lui Ra și Xa în funcție de lungimea antenei.

Lungimea de undă minimă pentru care are loc anularea părții reactive a impedanței de intrare a antenei se numește lungime de undă proprie a antenei (λ0) sau undă fundamentală. Din figura 8.b se vede că Xa=0 pentru ; 1; 3/2. Deci λ0= 2l. Deoarece radiația maximă se obține pentru impedanță minimă, este recomandabil ca antena să lucreze la rezonanță. Ea se acordă pe λ0 cu ajutorul unor elemente reactive suplimentare care realizează compensarea părții reactive nele de intrare, dar rezistența de pierderi și cea de radiație se determină dificil experimental. De aceea, pentru evaluarea randamentului antenei, se folosește Rr rezultată din calcule.

Lungimea de undă proprie a antenei. Partea activă (Ra) și cea reactivă (Xa) a impedanței de intrare se modifică odată cu modificarea frecvenței de lucru.

Reprezentând variația lui Ra și a lui Xa în funcție de lungimea antenei și de lungimea de undă λ a radiației (figura 8.), se observă că la anumite frecvențe componenta respectivă se anulează. Dar Xa=0 înseamnă un fenomen de rezonanță serie.

Figura 8. Variația lui Ra și Xa în funcție de lungimea antenei.

Lungimea de undă minimă pentru care are loc anularea părții reactive a impedanței de intrare a antenei se numește lungime de undă proprie a antenei (λ0) sau undă fundamentală. Din figura 8.b se vede că Xa=0 pentru ; 1; 3/2. Deci λ0= 2l. Deoarece radiația maximă se obține pentru impedanță minimă, este recomandabil ca antena să lucreze la rezonanță. Ea se acordă pe λ0 cu ajutorul unor elemente reactive suplimentare care realizează compensarea părții reactive a impedanței de intrare sau prin alegerea corespunzătoare a lungimii antenei:

.

Banda de trecere a antenei. La lungimi de undă diferite de λ0, impedanța variază, înregistrând valori mai mari decât la rezonanță. Ca urmare, curentul de intrare din antenă se modifică în jurul rezonanței ca în figura 9. Caracteristica este asemănătoare cu cea a unui circuit oscilant.

Prin analogie, banda de trecere a antenei se definește ca fiind acel interval de frecvențe ∆f în jurul frecvenței de rezonanță a antenei f0, în limitele căruia curentul nu scade cu mai mult de 0,707 din valoarea sa maximă, corespunzătoare frecvenței de rezonanță.

Caracteristica de directivitate a antenei. Antenele nu radiază în toate direcțiile același câmp electromagnetic.

Caracteristica care exprimă variația intensității câmpului electromagnetic radiat în funcție de direcția de propagare se numește caracteristică de directivitate.

Din figura 10 se observă că există o direcție în care intensitatea E a câmpului este maximă.

Coeficientul de directivitate. Considerăm un radiator izotrop (antenă elementară fictivă, care radiază uniform în toate direcțiile), alimentat cu semnal de radiofrecvență de putere Pa0. El produce într-un punct M un spațiu un câmp electromagnetic de intensitate E.

Înlocuim radiatorul izotrop cu un radiator directiv, așezat astfel încât punctul M să se afle pe direcția principală de radiație. Micșorăm puterea radiatorului directiv până ce în punctul M câmpul radiat va avea aceeași intensitate E (figura 11).

Numărul care arată de câte ori a trebuit micșorată puterea în cel de-al doilea caz față de primul se numește coeficient de directivitate.

Figura 11. Reprezentarea grafică pentru definirea coeficientului de directivitate

Înălțimea efectivă a antenei hef se definește ca fiind lungimea unei antene echivalente de-a lungul căreia curentul se menține la o valoarea constantă și egală cu curentul de intrare al antenei reale, și al cărei câmp pe direcția principală de radiație este același cu câmpul produs de antena reală.

Se consideră pentru exemplificare un dipol în semiundă (l=1/2). Curentul va avea valoarea maximă în punctul de alimentare, la capetele antenei el fiind nul (figura 12 a).

Pentru dipolul radiant echivalent, distribuția curentului în lungul antenei trebui să fie, prin definiție, cea din figura 12 b.

Figura 12. Reprezentarea grafică pentru explicarea noțiunii de înălțime efectivă în cazul unui vibrator simetric în semiundă.

Se consideră un punct M situat pe direcția principală de radiație a antenei λ/2. Pentru ca în acest punct câmpurile electromagnetice E radiate de antena reală și de cea echivalentă să fie egale, suprafețele delimitate de curba de distribuție a curentului în lungul antenei trebuie să fie egale. Se demonstrează ușor că aceasta se întâmplă dacă: L = hef = λ/π.

2.3. Principiul imaginilor.

În funcție de frecvență, pământul influențează diferit undele electromagnetice radiate de antenă. El reflectă aproape în întregime energia undelor lungi și medii, reflexia scăzând din intensitate odată cu scăderea lungimii de undă. Influența solului asupra parametrilor antenei și a caracteristicii ei de directivitate se calculează pe principiul imaginii: undele reflectate pot fi considerate ca provenind dintr-o altă antenă, fictivă, care ar fi imaginea antenei reale față de suprafața pământului (figura 13).

Se observă că imaginea antenei este o antenă identică cu antena reală, dispusă simetric și parcursă de un curent al cărui sens se stabilește ținând seama că prin reflexie faza se inversează.

Figura 13. Imaginea electrică a antenei.

2.4. Clasificarea antenelor.

Din cele prezentate rezultă că antenele se pot grupa în funcție de banda de frecvențe pe care o deservesc:

-antenă pentru UL;

-antene pentru UM;

-antene pentru US;

-antene pentru UUS.

Din punct de vedere al utilizării se deosebesc:

-antene de emisie;

-antene de recepție;

-antene pentru emisie și recepție.

De asemenea, antenele se clasifică și în funcție de domeniul pe care îl deservesc:

-antene pentru radiocomunicații terestre și spațiale;

-antene pentru televiziune etc.

2.5. Construcția sistemelor radiante.

În afară de antena propriu-zisă, sistemele radiante mai conțin o serie de elemente, care asigură funcționalitatea corectă și protecția acestora:

-linia de alimentare;

-circuitul de adaptare;

-suporții de antenă;

-dispozitivul de protecție;

-dispozitivul de semnalizare.

CAP. III. ETAJE DE RADIOFRECVENȚĂ

3.1. Generalități.

Din schema bloc a unui receptor superheterodină am prezentat în figura 14 etajele care funcționează în radiofrecvență. Funcțiunile principale ale acestor etaje sunt:

-selectarea postului ce se dorește a fi recepționat;

-realizarea transferului informației utile de pe frecvența purtătoare, selectată, pe o frecvență fixă numită frecvență intermediară.

Figura 14. Schema bloc a unui receptor superheterodină. Etaje de radiofrecvență.

Semnalele, captate de antena receptorului sunt aplicate circuitului de intrare. Circuitul de intrare poate fi format dintr-un circuit selectiv, de bandă îngustă sau un circuit de bandă largă, care acoperă tot domeniul de frecvențe ce se dorește a fi recepționat. În situația în care circuitul de intrare este un circuit selectiv de bandă îngustă, frecvența lui de acord trebuie să fie variabilă. Prin modificarea frecvenței de acord se alege semnalul dorit.

În acest fel, la intrarea amplificatorului de radiofrecvență (ARF) se aplică numai semnalele din domeniul de frecvențe alocat semnalului util recepționat.

În cazul în care circuitul de intrare este de bandă largă, la intrarea ARF se aplică toate semnalele din banda de recepționat. Selectarea postului util este realizată de circuitul acordat, ce reprezintă sarcina etajului ARF.

Etajul amplificator de radiofrecvență (ARF) are rolul de a mării nivelul semnalului util, pentru a-l aplica etajului schimbător de frecvență. Această amplificare în radiofrecvență nu este impusă de necesitatea unui câștig global de amplificare, deci de mărirea sensibilității receptorului, ci de îmbunătățirea raportului semnal-zgomot.

Schimbătorul de frecvență, prin modul lui de funcționare introduce un zgomot foarte puternic, suprapunându-l semnalului util. Acest zgomot propriu al etajului, crește cu creșterea frecvenței. De exemplu, în domeniul recepției emisiunilor radio, modulate MA (UL, UM, și US), zgomotul propriu al etajului schimbător de frecvență este neglijabil. În aceste domenii de frecvență, radioreceptoarele nu sunt dotate cu etaje ARF. În aceste domenii de frecvență, numai receptoarele de înaltă calitate utilizează etaje ARF. În domeniul UUS în radio și VHF, UHF în televiziune, zgomotul introdus de etajul de mixare este semnificativ, iar utilizarea etajelor ARF este obligatorie.

În figura 15 este prezentat un lanț de etaje de amplificare pentru exemplificarea comportării unui receptor în prezența zgomotului. Fiecare etaj este caracterizat prin amplificarea proprie în putere Ap1, Ap2, Ap3… și de factorul propriu de zgomot F1, F2, F3…

În aceste condiții factorul global de zgomot al receptorului va fi:

Figura 15. Schema bloc a unui receptor, văzută din punctul de vedere al zgomotului.

Din relația prezentată, concluzia este că factorul de zgomot global al unui receptor este dat de factorul de zgomot al primului etaj amplificator, care trebuie să prezinte o amplificare în putere mai mare. Etajele următoare, chiar dacă au factori de zgomot mari, au o contribuție nesemnificativă la zgomotul global al receptorului.

Etajul schimbător de frecvență (mixer) realizează transferarea semnalului util, de pe frecvența purtătoare pe o frecvență fixă, numită frecvență intermediară. Pentru a putea realiza acest lucru este nevoie de o oscilație, a cărei frecvență să difere de frecvența purtătoare a semnalului util, cu o valoare egală cu valoarea frecvenței intermediare. Din „bătaia” dintre cele două semnale (heterodinare) rezultă semnalul de frecvență intermediară:

fi = fosc. – fp

Frecvența notată fosc este obținută într-un etaj separat numit oscilator local. Diferența dintre frecvența oscilatorului local și frecvența purtătoare a semnalului util trebuie menținută constantă, pentru toate frecvențele din banda ce se dorește a fi recepționată. În aceste condiții, frecvența oscilatorului local se modifică simultan cu modificarea acordului circuitului de intrare și a ARF.

La ieșirea blocului de radiofrecvență se obține semnalul de frecvență intermediară, modulat cu semnalul util.

Constructiv etajele de radiofrecvență sunt realizate sub forma unui bloc funcțional independent. În RR se numește „bloc de radiofrecvență” (pentru UL, UM, US,) și bloc UUS.

3.2. Etaje de radiofrecvență utilizate În RR.

Circuite de intrare.

Circuitul de intrare al unui radioreceptor este cuplat pe de o parte cu antena, care captează semnalul de radiofrecvență din câmp și cu tranzistorul amplificator, din etajul ARF.

Condițiile ce trebuie să le îndeplinească circuitul de intrare sunt următoarele:

să nu fie dezacordat de impedanța pe care o prezintă antena exterioară;

să realizeze un transfer maxim al tensiunii, la rezonanța, de la antenă la intrarea ARF;

factorul de transfer al tensiunii să fie cât mai constant în interiorul benzii de frecvențe recepționate;

să realizeze adaptarea, cu etajul ARF, pentru obținerea transferului maxim de putere;

să aibă o bandă largă pentru a permite trecerea neatenuată a întregului spectru de frecvențe al postului recepționat;

să fie selectiv, în sensul de a atenua semnalele ce pot perturba funcționarea corectă a receptorului. Acestea sunt semnalele din domeniul frecvenței imagine și din domeniul frecvenței intermediare.

Frecvența imagine sau frecvența oglindă este semnalul având frecvența egală cu cea a postului recepționat (fs) plus dublul frecvenței intermediare.

fim. = fs + 2fi

În urma „bătăii” acestui semnal cu frecvența oscilatorului local (fosc = fs + fi) rezultă un semnal având tot frecvență intermediară a receptorului. Acesta va pătrunde în AFI, producând intermodulații nedorite, cu semnalul util recepționat.

Circuite de intrare de bandă îngustă.

Circuitele de intrare de bandă îngustă sunt utilizate în gamele de frecvențe corespunzătoare undelor lungi medii și scurte (UL, UM, US). Ele sunt circuite selective cu frecvența de acord variabilă.

În figura 16 sunt prezentate mai multe variante de realizare a cuplajului circuitului de intrare cu antene exterioare.

Figura 16. Circuite de intrare utilizate în radioreceptoare.

Astfel se pot distinge cuplajul direct (a), cuplaj prin capacitate serie (b), cuplajul prin capacitate serie și capacitate derivație (c), cuplajul prin capacitate serie și priză pe bobină (d), cuplajul prin inductanță mutuală (e), cuplaj mixt, prin inductanță mutuală și capacitate derivație (f), cuplajul mixt prin inductanță mutuală și capacitate serie (g), cuplaj mixt inductanță mutuală, capacitate serie și capacitate derivație (h).

Cuplajul prin capacitatea serie prezintă un factor de transfer variabil în banda de frecvență recepționată, fiind crescător cu frecvența (figura 17 curba b). Din acest motiv este utilizat numai în domeniul undelor scurte cu extensie de bandă sau în domeniul subgamelor cu extensie.

Figura 17. Caracteristicile de transfer ale circuitelor de intrare cele mai utilizate.

Cuplajul prin capacitatea serie și capacitatea derivație este utilizat în domeniul undelor lungi și prezintă un factor de transfer aproximativ constant, în gama de frecvențe.

Cuplajul prin inductanță mutuală (figura 16 e) este larg utilizat în gama undelor medii. Inductanța LA împreună cu antena exterioară formează un circuit rezonat serie. Din alegerea corespunzătoare a inductanței LA, frecvența de rezonanță poate fi plasată puțin sub frecvența minimă a gamei de frecvențe recepționate. În aceste condiții factorul de transfer arată ca în figura 17 curba „e”.

Cuplajul mixt cu inductanță mutuală și capacitate derivație (figura 16 f) este varianta pentru unde lungi a cuplajului prin inductanță mutuală, utilizat în gama UM. Condensatorul C1 este introdus în paralel cu circuitul primar, formând împreună cu LA și antena exterioară un circuit acordat.

Frecvența de rezonanță este plasată sub frecvența minimă a gamei de frecvențe ce se dorește a fi recepționată. Factorul de transfer are aceeași variație ca și circuitul din figura 16 e, curba „e” din figura 17.

Cuplajul mixt prin inductanță și capacitate serie (figura 16 g), prezintă un factor de transfer aproximativ constant, curba „g”, fiind combinația curbelor „b” și „e” din figura 17.

Cuplajul circuitului de intrare cu amplificatorul de radiofrecvență trebuie să realizeze transferul maxim de putere de la circuit la tranzistorul amplificator. În figura 18 sunt prezentate trei variante de realizare a adaptării circuitului acordat de intrare, la impedanța de intrare a tranzistorului amplificator de RF. În figura 18 a, cuplajul se face prin inductanță mutuală, în figura 18 b cuplajul este realizat prin priză de bobină, iar în figura 18 c prin divizor capacitiv. Aceste variante de cuplaj sunt impuse de impedanța mică de intrare a tranzistorului bipolar, utilizat. În cazul utilizării unui tranzistor cu efect de câmp (FET) cu impedanță mare de intrare, cuplajul se realizează ca în figura 19. acest cuplaj este întâlnit și în receptoarele echipate cu tuburi electronice.

Figura 18. Circuite de adaptare a impedanței de intrare a primului tranzistor amplificator la circuitul acordat de intrare a unui radioreceptor.

Figura 19. Cuplarea unui tranzistor, cu efect de câmp, amplificator de RF la circuitul de intrare.

În prezent, în receptoarele radio tranzistorizate nu se mai utilizează pentru domeniul undelor lungi și medii, antene exterioare. În aceste game de frecvențe s-a generalizat antena interioară pe bară de ferită. În figura 20 sunt prezentate variante de cuplaj cu ARF, pentru circuitul de intrare realizat cu antenă interioară de ferită.

Cuplajele sunt de tipul prin priză de bobină (figura 20 a), prin divizor capacitiv (figura 20 b) și prin transformator (figura 20c).

Figura 20.Cuplajele utilizate între circuitul de intrare și tranzistorul ARF, în cazul utilizării antenelor interioare de ferită (UL și UM).

În gama undelor scurte sunt frecvent utilizate antenele telescopice. Acestea se comportă practic ca o capacitate de valoare mică (5-10 pF) și rezistență proprie neglijabilă. Cuplajul circuitului de intrare cu antena telescopică se poate realiza oricât de strâns. Practic antena telescopică este cuplată direct la circuitul acordat (figura 21).

Figura 21. Variante ale cuplajului tranzistorului ARF, cu circuitul de intrare, în situația utilizării antenei telescopice.

Circuite de intrare de bandă largă.

În gama de frecvență corespunzătoare UUS, circuitul de intrare se realizează de cele mai multe ori cu acord fix. Banda de trecere a circuitului de intrare este foarte largă, 8 – 10 MHz pentru UUS – OIRT (65 73 MHz) sau 14 – 16 MHz pentru UUS – CCIR (88 – 108 MHz). Condiția de selectivitate este realizată de ARF. În aceste condiții circuitul de intrare în domeniul UUS trebuie să realizeze transferul maxim de putere, de la antenă la ARF. Antena exterioară este cuplată foarte strâns cu circuitul de intrare.

În figura 22. sunt prezentate variante ale circuitelor de intrare, în domeniul UUS, pentru antene cu impedanțe de ieșire de 300 ohmi și 75 ohmi.

Cuplajul cu ARF, este aproape în exclusivitate realizat prin divizor capacitativ.

Figura 22. Circuite de intrare utilizate în UUS.

Amplificatorul de radiofrecvență (ARF).

Prin ARF se înțelege acel etaj al receptorului, introdus după circuitul de intrare, care realizează amplificarea semnalului util de înaltă frecvență, captat de antenă și selectat de circuitul de intrare.

ARF poate fi un amplificator selectiv, având ca sarcină un circuit acordat sau un amplificator aperiodic de bandă largă. În cazul în care ARF are ca sarcină un circuit acordat, acordul lui este variabil și trebuie să fie simultan și sincron cu acordul circuitului de intrare.

În cazul utilizării ARF aperiodice, având sarcina pur rezistivă, selectivitatea în RF este realizată numai de circuitul de intrare.

Practic, în prezent sunt utilizate următoarele soluții:

-circuit de intrare selectiv și ARF aperiodic (de bandă largă) pentru gamele de UL, UM, și US;

-circuit de intrare de bandă largă și ARF selectiv (de bandă îngustă) pentru gama de UUS;

-circuit de intrare selectiv și ARF selectiv, pentru gama de UUS în cazul acordului cu diode varicarp.

Pentru buna funcționare, ARF trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

-să aibă o amplificare mare în putere, pentru asigurarea unui raport bun semnal-zgomot;

-se fie selectiv, pentru realizarea selectivității față de canale alăturate;

-să nu producă distorsiuni de frecvență. Banda de trecere trebuie să fie mai largă decât spectrul de frecvență al semnalului util recepționat;

-să fie stabil în funcționare, ARF nu trebuie să intre în oscilație pentru anumite frecvențe de acord din gama de recepție.

În gamele de UL, UM și US în cazul în care se utilizează un etaj ARF, acesta este realizat cu tranzistorul în conexiune cu emitorul comun (figura 23.). Circuitul de intrare este cu cuplaj mixt cu antena exterioară, prin inductanță mutuală și capacitate paralel. Pentru atacul tranzistorului amplificator, T, se utilizează o înfășurare separată, pentru realizarea adaptării impedanțelor (circuit de intrare – tranzistor). Tranzistorul este montat în conexiune emitor comun. Alimentarea etajului amplificator se face cu o tensiune negativă, în emitor, prin rezistența de polarizare RE. Pentru decuplarea în RF, emitorul este pus la masă prin capacitatea CE. Tranzistorul ARF este polarizat în bază de tensiune de RAA, aplicată prin RB și LB. Rezistența RB este decuplată în RF prin capacitatea CB.

Figura 23. a) Etaj amplificator de radiofrecvență utilizând tranzistorul în montaj emitor comun (UL, UM și US); b) Caracteristicile de selectivitate ale circuitului de intrare și ARF, pentru diferite poziții ale condensatorului variabil de acord.

Alimentarea cu tensiune negativă a fost aleasă pentru realizarea mai ușoară a circuitului selectiv din colectorul tranzistorului amplificator. Se poate vedea, că pentru realizarea selectivității acestui circuit acordat, tranzistorul amplificator este cuplat cu priză pe bobină. Condensatorul de acord al circuitului de sarcină al ARF își modifică valoarea simultan cu condensatorul variabil din circuitul de intrare. Cele două circuite selective se suprapun și se deplasează simultan în toată gama de recepție (figura 23.b.).

La ARF echipate cu tranzistoare nu se utilizează circuite de neutrodinare deoarece tranzistorul amplificator lucrează într-un domeniu foarte larg de frecvențe. Circuitele de neutrodinare nu sunt eficiente decât într-o bandă fixă de frecvențe, adică la amplificatoarele selective ce nu au acord variabil (cazul amplificatoarelor de frecvență intermediară).

Tranzistoarele utilizate ca ARF pentru UL, UM și US sunt în general tranzistoare cu siliciu tip mesa sau planar epitaxiale (BF 167, BF 255, etc.), cu frecvența de tăiere fT mare, peste 200 MHz.

În radioreceptoarele care permit recepția gamei de UUS, se utilizează întotdeauna un etaj amplificator de radiofrecvență. Tranzistorul amplificator este utilizat în conexiunea bază comună. Datorită reacției foarte mici colector-emițător, acest montaj are o foarte bună stabilitate a amplificării în toată gama de frecvențe. În cele mai multe cazuri circuitul de intrare este cu acord fix. În situații deosebite, la receptoarele de înaltă calitate, se utilizează circuitul de intrare cu acord variabil.

Oscilatorul local.

Etajul oscilator local produce o tensiune alternativă sinusoidă de radiofrecvență. Această tensiune trebuie să aibă o frecvență și o amplitudine determinată. Frecvența oscilației locale trebuie să poată fi modificată funcție de necesitate. În toate receptoarele moderne se folosește sistemul schimbării de frecvență, având frecvența oscilatorului local, mai mare decât frecvența postului recepționat (supradină). În figura 24 este prezentată situația recepționării a două posturi caracterizate prin frecvențele lor purtătoare, fp1 și fp2. pentru recepționarea primului post (fp1) oscilatorul local trebuie să aibă frecvența fosci, conform relației următoare:

fosci = fp1 + fi

unde fi este frecvența intermediară a receptorului.

Figura 24. Pozițiile relative ale frecvențelor oscilatorului local pentru recepționarea a două posturi, caracterizate prin fp1 și fp2 în cazul unui receptor superheterodină.

Pentru recepționarea celui de-al doilea post trebuie modificată valoarea frecvenței oscilatorului local până la obținerea valorii fosci:

fosc2 = fp2 + fi

Se vede că în ambele situații, spectrul semnalului util, modulat pe fp1 sau fp2 este transferat în domeniul frecvenței intermediare.

Condițiile pe care trebuie să le îndeplinească oscilatorul local sunt următoarele:

-să realizeze ușor condiția de oscilație, chiar și în cazul înlocuirii unor elemente din circuit (tranzistor, rezistențe, condensatoare, etc.);

-oscilația să fie stabilă în condițiile variației tensiunii de alimentare sau a variației temperaturii ambiante;

-amplitudinea oscilației să fie mare și constantă, independentă de frecvența de oscilație;

-oscilația să fie sinusoidală, să nu aibă armonici;

-oscilatorul local să aibă o construcție mecanică robustă și să nu dea efect de microfonie.

Fenomenul apariției microfoniei este următorul: vibrațiile mecanice ale difuzorului se transmit condensatorului variabil, sau altui element din oscilatorul local. Frecvența oscilatorului local începe să varieze în ritmul semnalului de AF. Această variație modulează în frecvență semnalul de frecvență intermediară. Modulația în frecvență se transformă, în circuitele acordate, în modulație de amplitudine care după detecție se transformă în semnal de AF. În acest mod, anumite vibrații mecanice ale difuzorului sunt întreținute, apărând distorsiuni ale audiției sau oscilații pe frecvențe joase.

Schemele practice utilizate, în mod uzual, sunt cele ale oscilatoarelor în trei puncte tip Hartley, Colpitts sau Clapp. Aceleași scheme de principiu sunt utilizate atât în gamele de UL, UM, US cât și în gama de UUS.

În figura 25 sunt prezentate trei tipuri de oscilatoare în trei puncte. Oscilatorul tip Hartley (figura25.a.) are o rețea de reacție realizată sub forma unui filtru trece sus.

Oscilatorul tip Colpitts (figura25.b.) are rețeaua de reacție realizată sub forma unui filtru trece jos.

Oscilatorul tip Clapp prezentat în figura 25.c este tot un oscilator în trei puncte. Acest tip de oscilator este caracterizat printr-o mare stabilitate a frecvenței de oscilație.

Figura 25. Tipuri de oscilatoare în trei puncte:

a) Hartley; b) Colpitts; c) Clapp.

Etajul schimbător de frecvență.

Etajul schimbător de frecvență din receptoarele superheterodină realizează transferul informației utile de pe frecvența postului recepționat, pe o frecvență fixă numită frecvență intermediară.

În figura 26 este prezentat modul de translatare a spectrului semnalului util, într-un etaj schimbător de frecvență. În cazul în care frecvența oscilatorului local f0 este mai mare decât frecvența postului recepționat fp, benzile laterale se transferă inversate (figura26.a.). Banda laterală superioară notată cu „s” se translatează în domeniul de frecvență intermediară ca bandă laterală inferioară, iar banda laterală inferioară, notată cu „i” devine bandă laterală superioară. Se spune că spectrul transferat este inversat. Relația matematică ce caracterizează această schimbare de frecvență este:

fi = fo – fp

În cazul în care frecvența oscilatorului local este mai mică decât frecvența postului recepționat, spectrul de frecvență transferat este neinversat (figura26.b.). Relația ce caracterizează această schimbare de frecvență este:

fi = fp – f0

Figura 26. Modul de translatare a spectrului semnalului util într-un etaj schimbător de frecvență.

a) schimbare de frecvență tip supradină; b) schimbare de frecvență tip infradină.

Acest proces se poate realiza prin atacul unui element neliniar, cu semnalul postului recepționat și cu semnalul furnizat de oscilatorul local. Elementul neliniar poate fi o diodă sau un tranzistor. Din amestecul celor două oscilații apare la ieșire o componență având frecvența intermediară.

În cazul în care cele două oscilații se aplică la aceeași intrare spunem că avem o schimbare de frecvență aditivă (figura 27.). În cazul în care oscilațiile se aplică la două intrări diferite, avem o schimbare de frecvență multiplicativă (figura 27.b.).

Figura 27. Tipuri de schimbare de frecvență.

a) schimbare aditivă; b) schimbare multiplicativă.

Nivelurile semnalelor care atacă un etaj schimbător de frecvență sunt foarte diferite. Nivelul semnalului util variază de la valori de ordinul zecilor de microvolți, până la valori de ordinul a câțiva milivolți. Nivelul tensiunii oscilatorului local, care atacă un etaj schimbător de frecvență echipat cu tranzistoare, este de cel puțin o mie (103) de ori mai mare, având valori de ordinul volților.

Tensiunea la ieșirea etajului schimbător de frecvență are frecvența egală cu cea a oscilatorului local și este modulată în amplitudine (sau în frecvență) cu un semnal având frecvența intermediară. Acest semnal de frecvență intermediară este la rândul lui modulat în amplitudine sau în frecvență cu semnalul util de AF (figura 28.).

Pentru detecția anvelopei, de frecvență egală cu frecvența intermediară se poate utiliza o diodă. Atenuarea acestui etaj de mixare este de aproximativ 10 dB. Dacă pentru mixare este utilizat un element activ, un tranzistor, se obține o amplificare. Această amplificare se numește amplificare de conversie.

În prezent, se folosesc etaje schimbătoare de frecvență echipate în exclusivitate cu tranzistoare. Soluțiile adoptate în prezent pentru realizarea etajelor schimbătoare de frecvență sunt două:

-etaj schimbător de frecvență independent;

-etaj schimbător de frecvență autooscilant.

Figura 28. Forma semnalului la ieșirea unui etaj schimbător de frecvență.

CAP.IV. MODULAȚIA

4.1. Generalități.

Transmiterea directă a unui semnal util la o distanță mare întâmpină dificultăți datorită pierderilor de energie ce au loc, ducând la micșorarea treptată, până la zero, a amplitudinii acestuia, fenomen numit de atenuare a semnalului. În radiotehnică se folosește un sistem în care semnalul util este transportat de la locul emisiei până la diverse puncte de recepție de către un agent purtător constituit din unde electromagnetice, având frecvența mult mai mare și deci distanța de transmitere mult mai mare. Schema bloc a unui astfel de sistem este reprezentată în figura 29. Principiul de funcționare a acestui sistem constă în modificarea unuia din parametrii oscilației purtătoare în raport cu variația semnalului util ce trebuie transmis, operație ce poartă numele de proces de modulație.

Rezultatul acestui proces este un semnal, numit semnal modulat. El este format din oscilația de înaltă frecvență, numită undă purtătoare, având unul din parametrii variabil în ritmul semnalului modulator, constituit din informație (respectiv semnalul util).

Figura 29. Scheme bloc de principiu pentru transmiterea de informații.

4.2. Clasificare.

Pentru a asigura propagarea la mare distanță a undelor electromagnetice, frecvența lor trebuie să fie foarte mare. Din acest motiv, la emisie semnalul electric de transmis, de frecvență joasă, va modula o purtătoare de înaltă frecvență. La recepție, din semnalul de frecvență modulat se separă din nou semnalul de joasă frecvență. Prin folosirea modulației se asigură și multiplexarea în frecvență, adică realizarea simultană a mai multor căi de comunicație.

Observație. Pentru a realiza cât mai multe căi de comunicație într-un spectru de frecvențe dat, frecvența purtătoare se alege mult mai mare decât cea a semnalului modulator.

Pentru radiodifuziune se utilizează modulația de amplitudine și modulația de frecvență. De orice tip ar fi, circuitele modulatoare se realizează cu elemente active neliniare (tuburi electronice sau tranzistoare).

4.2.1. Modulația de amplitudine.

Procesul de modulație în cursul căruia se modifică amplitudinea semnalului purtător în conformitate cu semnalul ce trebuie transmis se numește modulație de amplitudine.

Se cunosc mai multe scheme de modulare. Aceste scheme au fost realizate pornind de la situația, bine cunoscută, că variația curentului de ieșire (curent de colector sau curent anodic) este determinată de tensiunile aplicate pe ceilalți electrozi.

Cu tranzistoare se pot realiza modulatoare pe emitor, colector și bază (figura 30).

Figura 30. Modulatoare cu tranzistoare.

Cu tuburi electronice se poate realiza modularea pe grila de comandă – pe anod, pe grila ecran sau pe grila supresoare. Elementului activ i se aplică simultan semnalul modulator și purtătoare de radiofrecvență de amplitudine constantă și se obține în circuitul de ieșire semnalul modulat.

Modulația pe grila de comandă (figura 31). La aplicarea simultană pe grilă a semnalului de radiofrecvență și a semnalului modulator, tensiunea anodică va fi în funcție atât de tensiunea de radiofrecvență (purtătoare), cât și de tensiunea semnalului modulator. Funcționarea tubului în această situație poate fi ușor înțeleasă urmărind caracteristicile din figura 32.

Se știe că amplificarea unui tub este proporțională cu panta sa. Dacă se utilizează un tub cu comportare puternic neliniară, deci cu pantă variabilă, semnalul modulator modificând punctul de funcționare va modifica valoarea pantei, deci amplificarea va varia în ritmul acestui semnal. Amplitudinea purtătoarei nu va mai fi constantă, ci va urmări aceste variații.

Principala deficiență a modulației de grilă este imposibilitatea de obținere a unui grad mare de modulație m fără distorsiuni (în special în regimul de funcționare clasa A). Din această cauză modulația de grilă se folosește numai pentru gradele de modulație mici și la emițătoare de mică putere.

Modulația anodică. În figura 33 este prezentată schema principală a unui etaj modulat în amplitudine pe anod.

Purtătoarea se aplică în circuitul grilei de comandă, iar în circuitul anodic, alături de sursa de electroalimentare Ea, se injectează și semnalul modulator.

Polarizarea anodului, deci și amplificarea tubului și amplitudinea curentului anodic, vor varia în ritmul semnalului modulator.

Avantajele modulației anodice sunt următoarele:

coeficient de distorsiuni mic față de modulația prin grilă;

grad de modulație mare, până la 100%;

randament mai bun decât modulația pe grilă.

Dezavantajele modulației anodice rezultă din faptul că tensiunea modulatoare trebuie să fie de putere mare: sunt necesare transformatoare și drosele de modulație de mare putere și un amplificator de joasă frecvență pentru semnalul modulator.

Modulația anodică se folosește la emițătoarele de mare putere.

Figura 33. Modulația pe anod

4.2.2. Modulația de frecvență.

Procesul de modulație în care se modifică frecvența semnalului purtător în conformitate cu semnalul util ce trebuie transmis se numește modulație de frecvență (figura 34).

Figura 34. Semnal modulat în frecvență.

În prezent, modulația de frecvență se utilizează în radiodifuziune în banda undelor ultrascurte, pentru transmiterea sunetului însoțitor în televiziune, în telegrafie, în fototelegrafie, precum și în radiorelee de mică și mare capacitate în unde decimetrice și centimetrice.

Principiul realizării modulației de frecvență. În cazul modulației de frecvență, semnalul modulator va acționa asupra frecvenței instantanee a oscilațiilor de radiofrecvență. Semnalul modulat va avea amplitudinea constantă, iar frecvența lui va varia în jurul frecvenței purtătoare cu deviația de frecvență ±ΔF, direct proporțională cu amplitudinea semnalului modulator (dar independent de frecvența acestuia) – figura 34.

Unda purtătoare de înaltă frecvență are expresia

u(t) = A cos (Ωt + φ) = A cos (2πFt + φ),

unde:

A este amplitudinea sa;

Ω – pulsația purtătoare;

F – frecvența purtătoarei;

φ – faza sa inițială;

Ωt + φ – faza instantanee.

Semnalul modulator, care conține informația, este:

u(t) = a cos ωt = a cos 2πFt.

Semnalul de înaltă frecvență modulată în frecvență va fi:

uMF(t) = A cos (Ωt + β sin ωt ),

unde β, numit indice de modulație în frecvență, este:

,

iar ΔF = ka (proporțional cu amplitudinea modulatoare).

Banda de frecvențe ocupată de uMF(t) va fi:

B = 2 ΔF.

Modulația de frecvență are nevoie de un spectru de frecvențe mai mare ca modulație de amplitudine (de n ori mai mare) și din aceasta cauză s-ar părea că este mai dezavantajoasă. Cu toate acestea, modulația de frecvență are avantaje care o fac de neînlocuit în anumite benzi de frecvență .

Dintre acestea enumerăm:

– reducerea efectului paraziților;

– o mai bună utilizare a tuburilor electronice și la un randament ridicat, deoarece amplitudinea frecvenței purtătoare nu variază.

Modulația de frecvență se poate obține numai în etaje oscilatoare. Frecvența de lucru a oscilatorului va fi modificată în funcție de amplitudinea semnalului modulator prin intermediul unei reactanțe variabile.

Reactanța variabilă se realizează cu tub de reactanță, prin folosirea capacității dinamice a tuburilor, cu diodă varicap sau cu tuburi speciale.

Modulatorul de frecvență cu tub de reactanță. Tubul de reactanță (figura 35) este un tub cu pantă variabilă conectat într-un montaj care la ieșire prezintă o reactanță variabilă, ZAB, in funcție de panta sa. Panta depinde de punctul de funcționare. Daca se aplica pe grilă semnalul modulator, negativitatea grilei va varia în ritmul acestuia. Deci, datorită semnalului modulator, panta tubului se modifică, ceea ce atrage după sine modificarea impedanței ZAB și prin aceasta se modifica frecvența de oscilație a oscilatorului al cărui circuit oscilant este în paralel cu ZAB.

Figura 35. Tubul de reactanță.

Rezultate bune se vor obține atunci când la variații mici ale semnalului modulator se obțin variații mari ale impedanței ZAB, deci panta tubului trebuie sa fie mare. Din această cauză se lucrează cu pentode, alegându-se regimul unde panta este maximă.

ZAB trebuie să fie alcătuită întotdeauna dintr-o reactanță capacitivă sau inductivă și o rezistență activă, iar rezistența trebuie să fi mult mai mare decât valoarea reactanței în toată gama undelor modulatoare.

În figura 36 sunt date diferite combinații de Z1 și Z2 și impedanțele echivalente ZAB.

Figura 36. Combinații între Z1 și Z2 și impedanța echivalentă ZAB.

Modulatorul de frecvență cu diodă varicap. Dioda varicap este o diodă semiconductoare la care capacitatea joncțiunii variază în funcție de tensiunea inversă la borne. Daca diodei i se aplica semnalul modulator și dacă ieșirea este conectată la circuitul oscilant al unui oscilator, frecvența de oscilație va fi dependentă de capacitatea diodei, deci în final de tensiunea modulatoare.

4.2.3. Modulația de fază.

Procesul de modulație în care se modifică faza semnalului purtător în ritmul semnalului util ce trebuie transmis se numește modulație de fază.

Pentru un semnal modulator sinusoidal, semnalul modulat va avea expresia:

F(t) = A0 cos (ω0t + φ cos ωmt + φ0),

în care φ este deviația de fază, iar ceilalți parametri au aceeași semnificație ca și în cazurile modulațiilor prezentate. Analiza spectrală a semnalelor modulației de fază demonstrează că spectrul de frecvență este analog celui obținut la modulația de frecvență.

Figura 37. Schema bloc a unui modulator:

EN – element neliniar;

FB – filtru trece bandă.

Datorită dependenței dintre faza și pulsația unei oscilații, modulația în frecvență a unui semnal atrage după sine și o modificare a fazei. Cu toate acestea, cele două tipuri de modulație sunt procese distincte și nu trebuie confundate.

CAP. V. DETECȚIA

Pentru refacerea semnalului electric modulator care conține mesajul, se folosesc detectoarele. Ele sunt de diferite tipuri, în funcție de tipul modulației.

În cele ce urmează, vor fi studiate detectoarele de amplitudine și detectoarele de frecvență.

5.1. Detecția semnalelor modulate în amplitudine.

Detectorul de amplitudine (de anvelopă) are sarcina de a separa din semnalul modulat înfășurătoarea (semnalul modulator) de restul semnalului.

Acest lucru se poate realiza folosind un element neliniar asociat cu un dispozitiv care sa aibă o inerție destul de mare și să nu urmărească variațiile tensiunii de radiofrecvență, dar să urmărească fidel variațiile semnalului de joasă frecvență.

Ca element neliniar pentru detecție se pot folosi diode cu vid sau semiconductoare (detecție cu diodă), tuburi electronice (detecție de grilă și anodică), tranzistoare.

Cel mai simplu detector este detectorul cu diodă reprezentat în figura 38 a și b.

Schema. Elementul detector, dioda, se montează în serie cu o rezistență de sarcină Rd (montajul serie din figura 38, a) sau în paralel cu aceasta (montajul derivației din figura 38, b).

Grupul RdCd constituie un filtru trece-jos (filtru de netezire). În absența condensatorului, dioda conduce în timpul semialternanțelor pozitive ale semnalului de înaltă frecvență modulat și tensiunea la bornele rezistenței Rd este o succesiune de semisinusoide. În prezența condensatorului, pe rezistența de sarcină se obține o tensiune apropiată de valoarea de vârf a semisinusoidelor, deci care urmărește practic anvelopa de joasă frecvență.

Acest condensator se va încărca, iar în timpul conducției diodei, când dioda este blocată, el se descarcă pe rezistența Rd. Alegând constanta de timp a circuitului RdCd mai mare decât perioada semnalului de radiofrecvență, condensatorul nu are timp să se descarce între două impulsuri ale purtătoarei și Ud va urmări semnalul modulator (anvelopa).

Figura 38. Detector cu diodă:

a) montaj serie; b) montaj paralel.

Parametrii caracteristici ai detecției sunt:

– rezistența de intrare, care se definește ca fiind raportul dintre tensiunea de radiofrecvență aplicate elementului detector și fundamentala curentului de intrare. Rezistența de intrare trebuie să fie cât mai mare pentru a nu amortiza circuitul de sarcină al etajului precedent. Conectarea în serie a rezistenței de sarcină cu dioda duce la creșterea rezistenței de intrare a detectorului;

– randamentul detecției (factorul de transfer al detecției), care indică raportul dintre tensiunea de joasă frecvență la bornele rezistenței de sarcină și tensiunea modulată aplicată la intrare:

.

La detectorul cu filtru de netezire randamentul detecției se mărește până aproape de unitate.

5.2. Detecția semnalelor modulate în frecvență.

În montajele de detecție a semnalelor MF, modulația de frecvență este transformată mai întâi în modulație de amplitudine, care în continuare este detectată ca o modulație de amplitudine obișnuită.

Detectorul trebuie să reacționeze numai la variația frecvenței semnalului modulat, nu și la eventualele variații ale amplitudinii lui. Pentru a înlătura modulația parazită de amplitudine se poate proceda în două moduri:

– cu etaje limitatoare montate înaintea detectorului; în felul acesta detectorul primește la intrare un semnal de amplitudine riguros constantă, dar costul receptorului crește;

– în montaje speciale de detecție (cum este discriminatorul de raport), care continuă simultan cu demodularea suprimă și modulația parazită de amplitudine.

Schemele reprezentative de demodulare utilizate în radioreceptoare sunt următoarele:

discriminatorul de frecvență cu circuit oscilant dezacordat;

discriminatorul de fază;

discriminatorul de raport.

Discriminatorul cu circuit oscilant acordat. Cea mai simplă cale pentru transformarea MF în MA este de a conecta ca sarcină a amplificatorului semnalului modulat, un circuit oscilant acordat pe o frecvență diferită de a purtătoarei de IF (figura 39). Mărimea dezacordului se alege astfel ca frecvența purtătoare să se afle la mijlocul unuia dintre flancurile caracteristicii de rezonanță a circuitului.

Figura 39. Transformarea oscilației MF în oscilație MA:

a – discriminator de frecvență cu un circuit oscilant dezacordat;

b – idem, cu două circuite oscilante în contratimp.

Din figura 39 a rezultă clar cum variația de frecvență se transformă într-o variație a amplitudinii tensiunii la bornele circuitului.

Dacă deviația de frecvență este mare și se depășesc limitele în care caracteristica se modifică liniar cu frecvența, apar distorsiuni de amplitudine la ieșire.

Demodulatorul cu circuit dezacordat este simplu, dar performanțele sale sunt instabile. De aceea, în prezent se folosesc alte scheme, cu performanțe mai bune: discriminatorul de fază și discriminatorul de raport.

BIBLIOGRAFIE

1.C. Găzdaru, Îndrumar pentru electroniști, radio și televiziune, vol.2,Editura Tehnică, București, 1987

2.Gh. Airinei, Echipamente electronice pentru telecomunicații, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1985

3.Dănilă Theodor, Componente și circuite electronice, Editura Didactică și Pedagogică R.A., București, 1995